VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Влияние наночастиц металлов на поведенческие реакции, структуру головного мозга и показатели крови животных

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Осипов М.В. 1

---

1ФГКОУ "Оренбургское президентское кадетское училище"

Мартынова А.Н. 1Пономарева Т.Н. 1

---

1ФГКОУ "Оренбургское президентское кадетское училище"

Работа в формате PDF

1.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение

Мы все чаще слышим слова нанонаука, нанотехнология, наноструктурированные материалы, ими обозначают приоритетные направления научно-технической политики в развитых странах. В настоящее время более 50 стран ведут исследования и разработки в области нанотехнологии и не менее 30 стран имеют свои национальные программы в этой области [1, с.1]. Лидирующее положение в них пока принадлежит США, Англии, Германии, Японии [14, с.4]. Но к этим новым направлениям уже подключились отечественные научные школы и заинтересованные предприятия. Создана отечественная корпорация РОСНАНО для финансирования, планирования и координации исследований и разработок в этой перспективной области.

Экономичный выпуск нанопродукции закладывает основы долговременного прогресса человечества. Сама возможность работы на атомарно-молекулярном уровне создает беспрецедентные возможности создания на основе «атомной» сборки сложных структур с принципиально новыми свойствами и управления их функциональными характеристиками [11, с.1]. Развитие нанотехнологий открывает большие перспективы при разработке новых материалов, совершенствовании связи, биотехнологии, микроэлектроники, энергетики, здравоохранения и вооружения [14, с.4].

Уже сейчас в нанотехнологии получен ряд исключительно важных результатов, позволяющих надеяться на существенный прогресс в развитии многих направлений науки и техники. Во многом это обусловлено уникальными свойствами, которые приобретают частицы различных веществ ультрамалых размеров.

Резкое и скачкообразное развитие нанотехнологий, открывающиеся перед ними большие рынки требуют тщательных исследований безопасности использования наночастиц и нанопродуктов для живых организмов и окружающей среды.

Цель исследования: изучение влияния наночастиц (НЧ) металлов на поведенческие реакции крыс линии «Wistаr», структуру их головного мозга и показатели крови.

Задачи:

На основе анализа литературных источников выявить характерные особенности НЧ, возможности их использования в различных отраслях хозяйственной деятельности, токсиколого-гигиенические свойства и пути проникновения в организм человека, характерные особенности и применение НЧ меди и цинка.

Провести этологические исследования эмоциональной, двигательной активности и ориентировочно-исследовательского поведения крыс после внутривенного введения наночастиц сплава меди и цинка (НЧ CuZn).

Провести гистологическое исследование состояния коры головного мозга крыс после внутривенного введения НЧ CuZn в сравнении с контрольной группой.

Провести морфологический и биохимический анализ крови крыс после внутривенного введения НЧ CuZn в сравнении с контрольной группой.

Оценить влияние НЧ CuZn на поведенческие реакции крыс линии «Wistаr», структуру их головного мозга и показатели крови.

Объектом исследования стали крысы линии «Wistаr» и НЧ CuZn.

Предметом исследования являлось влияние НЧ CuZn на поведение животных, структуру их головного мозга, морфологические и биохимические показатели крови.

Гипотеза: НЧ металлов оказывают влияние на поведение животных, что связано с их воздействием на состояние головного мозга, морфологические и биохимические показатели крови.

1. Теоретическое обоснование влияния наночастиц на живые организмы

1.1. Характеристика наночастиц

Наночастицы (от греч. nanos – карлик, гном, миллиардная доля) – это молекулярные конструкции, ансамбли, имеющие аморфную или полукристаллическую структуру и характерный размер в диапазоне от 1до 100 нм хотя бы в одном направлении (1нм = 10 ^-9 м, а для наглядности можно указать, что 1 нм примерно в 100 тысяч раз меньше толщины человеческого волоса) и соответствуют уровням биологической организации от атомарного до субклеточного.

Однако понятие «наночастицы» связано не столько с их размером, сколько с проявлением у них в этом размерном диапазоне новых свойств, отличных от свойств объемной фазы того же материала [1, с.2].Уменьшение размеров частиц вещества до нескольких нанометров приводит к тому, что многие свойства вещества начинают определяться не столько его химическим составом, сколько расположением атомов и молекул. В основном состоянии все атомы и молекулы вещества находятся внутри, в то время как в наночастицах – на поверхности, что резко изменяет их свойства [3, с.2].

Например, уменьшение размеров частиц некоторых соединений до нанометровой может изменять цвет, токсичность, проникающую способность, механические и другие свойства [13, с.24]. Меняются такие важнейшие свойства веществ и материалов, как электропроводность, коэффициент оптического преломления, магнитные свойства, прочность, термостойкость и т. п. [7, с.16].

Таким образом, переход от «микро» к «нано» - это не только количественный, но и качественный переход от манипуляции веществом к контролируемой манипуляции атомами и молекулами. Приобретаемые НЧ физико-химические свойства и функции существенно отличаются от тех, которыми обладают составляющие их молекулы и атомы веществ в частицах большего размера [18, с.3].

1.2. Основные направления использования наночастиц

Основными направлениями применения НЧ в технике, определяемыми их уникальными свойствами, становятся создание композитных материалов, микроэлектроника и оптика, энергетика, химические технологии, научные исследования, охрана окружающей среды, медицина (приложение 1).

Существует возможность использования нанотехнологий и в военном деле. Ультрадисперсные порошки используются в составе ряда радиопоглощающих покрытий самолетов, созданных с применением технологии «Стелс», а также в перспективных видах взрывчатых веществ и зажигательных смесей. Углеродные нановолокна используются в специальных боеприпасах, предназначенных для вывода из строя энергосистем и электроники противника (т.н. «графитовая бомба»).

Министерство обороны США, например, финансирует программу создания “Smartdust” - умной пыли, т.е. большого семейства микророботов, размером в пылинку, которые смогут, рассыпавшись над территорией противника, проникать во все щели, каналы связи, создавать свою сеть, собирать и передавать оперативную информацию, проводить спецоперации и т.д. Уже существуют анализаторы боевых отравляющих веществ, биологического оружия. Наночастицы благодаря своим свойствам могут не только быть основой для разработки военной техники и вооружения, но сами могут быть использованы в качестве токсикологического оружия.

В связи с этим актуальной представляется проблема прогнозирования и оценки возможного влияния новых материалов и технологий на здоровье человека и окружающую среду.

1.3. Токсиколого-гигиенические свойства наночастиц и пути их проникновения в организм человека

Опираясь на знания о свойствах различных НЧ, можно выделить три основные причины их вредного воздействия на здоровье человека. Во-первых, токсичным может быть основное вещество НЧ. Во-вторых, даже если попавшие в организм НЧ сами по себе безвредны, некоторые из них могут выступать в роли катализаторов образования токсичных веществ. И, наконец, специфическое воздействие вещества на организм может быть обусловлено непосредственно тем, что оно находится в наносостоянии [17, с.7].

В наноразмерном состоянии можно наблюдать следующие физико-химические особенности поведения веществ:

увеличение химического потенциала веществ на межфазной границе высокой кривизны, вследствие чего существенно изменяется растворимость, реакционная и каталитическая способность НЧ и их компонентов;

большая удельная поверхность наноматериалов, которая увеличивает их адсорбционную емкость, химическую реакционную способность и каталитические свойства, что может приводить, в частности, к увеличению продукции свободных радикалов и активных форм кислорода и далее к повреждению биологических структур (липиды, белки, нуклеиновые кислоты, в частности, ДНК);

небольшие размеры и разнообразие форм НЧ, вследствие чего наночастицы могут связываться с нуклеиновыми кислотами, белками, встраиваться в мембраны, проникать в клеточные органеллы и тем самым изменять функции биоструктур;

высокая адсорбционная активность, то есть способность поглощать на единицу своей массы во много раз больше адсорбируемых веществ (в т.ч. ионов тяжелых металлов, ядохимикатов и радионуклидов), чем макроскопические дисперсии; а гидрофобность и электрический заряд наночастиц кроме усиления адсорбции увеличивает их способность проникать через барьеры организма;

высокая способность к аккумуляции, что способствует их накоплению в растительных и животных организмах [2, с. 9].

Повышена способность НЧ к продукции свободных радикалов, которые повреждают клетки организма и даже ДНК. НЧ могут не распознаваться иммунной системой организма и полностью не выводятся из него.

Кроме того, любое вещество, попав в организм, в большинстве случаев не останется неизменным. Оно подвергается различным видам разрушения (биодеградации) и изменения (биотрансформации). Образующиеся продукты могут быть как менее, так и более опасными, чем исходное вещество. Так из НЧ металлов при определённых условиях могут образовываться более токсичные ионные формы.

Наноструктуры могут попасть в окружающую среду по нескольким причинам. Некоторые из них, вырабатываемые в промышленных масштабах, могут попасть в окружающую среду со сточными водами или в результате потерь во время транспортировки и обработки. Возможны вымывание или иные способы потери наночастиц в процессе эксплуатации наноматериалов. Являясь компонентами одноразовых изделий, таких как фильтры и электроника, НЧ могут попадать в окружающую среду через свалки и другие способы утилизации [17, с. 7].

Одним из наиболее опасных путей проникновения НЧ в организм человека является ингаляция, так как частицы размером менее 5 мкм не отфильтровываются нашими дыхательными путями, поэтому очень легко проникают внутрь клеток и вызывают их гибель.

Другой важный путь попадания наноструктур в организм — через кожу. НЧ, в отличие от обычных материалов, могут проникать даже через неповрежденную кожу — при ее изгибе, например, когда мы двигаем запястьем или сгибаем ногу в колене.

Не менее опасным является проникновение наночастиц через желудочно-кишечный тракт [6, с. 8].

В настоящее время механизмы проявления биологической активности (токсичности) НЧ неясны, а если учитывать огромные масштабы производства и поступления НЧ в биосферу, то важность исследований в этом направлении не вызывает сомнений. Для подавляющего числа НЧ и наноматериалов токсиколого-гигиенические исследования были проведены на ограниченном количестве тестов, методология и результаты которых часто трудно сопоставимы или несопоставимы. Между тем токсиколого-гигиеническая оценка наноматериалов должна включать большое число исследований invitro и invivo, в том числе длительные эксперименты на животных [10, с. 8]. 

1.4. Характеристика наночастиц меди и цинка

НЧ меди и цинка относятся к группе наиболее часто используемых наноматериалов [9, с. 3]. Они отличаются низкой токсичностью (Белецкая и др., 2014, Русакова Е.А., 2016), высокой противомикробной активностью и регенерирующими свойствами (Бабушкина И.В., 2013, Симонов П.В. и д., 2015), быстро накапливаются в организме (Ларин С.Л. и др.), что служит предпосылкой их применения в медицине.

НЧ соединений меди входят в состав многих приспособлений, таких, как газовые датчики, катализаторы, батареи, высокотемпературные сверхпроводники, преобразователи солнечной энергии, компьютерные процессоры, чернила принтеров, антивозрастные крема для кожи и минеральные добавки, а также используются в качестве антибактериальных добавок в составе лекарственных препаратов.

НЧ соединений цинка применяют при изготовлении пластмасс, керамики, стекла, цемента, каучука, смазочных материалов, красок, мазей, клеев, герметиков, пигментов, батарей, ферритов, антипиренов и т.д. НЧ цинка и оксида цинка обладают свойством УФ-экранирования, антибактериальным и дезодорирующим эффектом с потенциалом широкого использования в косметологии при производстве солнцезащитных кремов, в пищевой промышленности в качестве добавок и в составе упаковок, как фунгицидов в сельском хозяйстве, в качестве противоопухолевых лекарственных средств.

2. Экспериментальное исследование влияния наночастиц меди и цинка на поведенческие реакции, структуру головного мозга и показатели крови крыс

2.1. Материалы и методы исследования

С целью оценки влияния НЧ CuZn на поведение животных были проведены исследования на модели крыс линии «Wistar», которые содержались на стандартной диете для лабораторных животных (ГОСТ Р 50258-92) согласно правилам лабораторной практики при проведении доклинических исследований в РФ (ГОСТ 3 51000.3-96 и 51000.4-96). Эксперименты проводились в соответствии с требованиями гуманного обращения с животными [15].

Для проведения эксперимента были отобраны крысы-самцы массой 180г, из числа которых методом пар-аналогов были сформированы две группы: контрольная и опытная.

В течение 14 дней подопытные животные находились на подготовительном периоде, кормление подопытных животных осуществлялось комбикормом на основе пшенично-ячменной кормосмеси 70%, с содержанием 172,3 г/кг сырого протеина. Начиная с 6-месячного возраста экспериментальных животных перевели на основной учетный период, где им вводили НЧ CuZn (2,3 мг/кг) внутривенно (предварительно суспенцированные в воде для инъекций). Подготовку препарата наночастиц проводили в изотоническом растворе на ультразвуковом диспергаторе (f-35 кГц, N-300 Вт, А-10 мкА), путем диспергирования в течение 30 минут.

Контрольной группе животных внутривенно вводили изотонический раствор хлорида натрия 0,9% в эквивалентном объеме. Объем инъекций (в мл) – 1% от массы тела. Забой и забор крови проводили на 1-е, 14 и 21 сутки эксперимента (приложение 2).

Эмоциональную, двигательную активность и ориентировочно-исследовательское поведение крыс исследовали в тестах «Открытое поле» [16, с. 3], «Темно-светлая камера» (приложение 3).

Для гистологических исследований кусочки коры головного мозга фиксировали в 10% нейтральном формалине и заливали в парафин. Гистологические срезы толщиной 5-6 мкм окрашивали гематоксилином и эозином для обзорной микроскопии и тионином по методу Ниссля для более детального изучения состояния нервных и глиальных клеток. Исследование структуры нервной ткани производилось на светооптическом микроскопе MT 5300L (Meiji Techno Co., Ltd, Япония).

Для морфологического и биохимического исследования крови производился забор крови из хвостовой вены лабораторных животных (крыс линии Wistar). Данные обработаны с помощью автоматического гематологического анализатора URIT-2900 Vet Plus. Биохимический анализ сыворотки крови проводился на автоматическом биохимическом анализаторе СS-T240 (производитель – «Dirui Industrial Co., Ltd», Китай) с использованием коммерческих биохимических наборов для ветеринарии ДиаВетТест (производитель – Россия).

Основные данные, полученные в исследованиях, были обработаны с использованием программ «Excel».

2.2. Результаты этологического исследования

В первые сутки после введения НЧ CuZn отмечается увеличение суммарной двигательной активности животных опытной группы в 1,12 раза, в основном за счет увеличения вертикальной и горизонтальной двигательной активности в периферической зоне. Незначительно (на 9%) снизились показатели норкового рефлекса (обследования и обнюхивание отверстий). Количество актов умывания увеличилось в 3 раза. Число дефекаций у животных, которым вводился раствор НЧ, увеличилось на 12%.

Таблица 1. Изменение показателей поведения крыс в тесте «Открытое поле» при однократном внутривенном введении НЧ CuZn

На 14 сутки после введения НЧ CuZn в экспериментальной группе ГДА превышала показатели контрольной группы на 20%, ВДА - на 28%, груминг - в 1,9 раза (особенно короткий - в 2,3 раза), но по всем этим показателям наблюдается снижение по сравнению с первым днем (больше всего уменьшилось число умываний – в 1,4 раза). В 1,7 раза уменьшилось количество заглядываний в отверстия экспериментальной площадки.

На 21 сутки ГДА превышала показатели контрольной группы на 30% и увеличилась на 13% по сравнению с аналогичным показателем первого дня эксперимента (в контрольной группе изменения ГДА по сравнению с первым днем незначительные). Подобная тенденция обнаруживается и при изучении ВДА (превышение по сравнению с контрольной группой составило 39%, при этом количество актов ВДА с опорой больше в 2,7 раза). Обследование отверстий производилось в 1,9 раза чаще, чем на 14 день (столько же, сколько в контрольной группе). Количество фекальных болюсов незначительно снизилось по сравнению с показателем 14 дня, но оказалось больше в 1,5 раза по сравнению с контрольной группой.

В целом на протяжении эксперимента наблюдается повышенный уровень горизонтальной и вертикальной двигательной активности, груминга и дефекации в опытной группе по сравнению с контрольной, что говорит о беспокойном состоянии животных, наличии стресса. Повышенная стрессированность животных подтверждается и увеличением частоты короткого груминга, являющегося показателем тревожности (на 21 день после введения раствора НЧ CuZn частота короткого груминга в опытной группе была в 4,7 раза выше, чем в контрольной и увеличилась по сравнению с первым днем в 1,2 раза), и тем, что крысы опытной группы предпочитали находиться в периферической части «открытого поля».

В тесте «Темно-светлая камера» крысы контрольной группы предпочитали находиться в черном отсеке, в первые две недели только выглядывая в светлое поле. В опытной группе уже в первый день зарегистрировано не только большее количество выглядываний (на 27 % по сравнению с контролем), но и частые выходы в светлый отсек (в 7 раз больше, чем у крыс контрольной группы на 21 день эксперимента). Такое повышение ориентировочно-исследовательской активности крыс экспериментальной группы является показателем нарушения у них инстинкта безопасности (самосохранения).

Таблица 2. Изменение показателей поведения крыс в тесте «Темно-светлая камера» при однократном внутривенном введении НЧ CuZn

Количество выходов и выглядываний в светлый отсек у крыс контрольной группы в ходе исследования постепенно увеличивалось, а в опытной группе к концу эксперимента количество выходов в белый отсек снизилось в 3,2 раза по сравнению с первым днем и примерно сравнялось с показателями контроля, что может быть связано как с выведением наночастиц из организма, так и с более быстрой адаптацией крыс экспериментальной группы к условиям черно-белой камеры, улучшением их пространственной памяти.

Таким образом, НЧ CuZn способны оказывать влияние на функции ЦНС, приводя к изменениям в поведении животных, изменяя особенности передвижения, активности, пространственной памяти и др.

2.3. Результаты гистологического исследования коры головного мозга

Головной мозг надежно защищен от проникновения извне посторонних веществ и микроорганизмов гематоэнцефалическим барьером. Исследование доказало, что для наночастиц он не преграда.

Внутрибрюшинное введение НЧ CuZn сопровождалось развитием набухания капилляров головного мозга, сморщиванием отдельных клеток с однородным гиперхромным окрашиванием ядра и цитоплазмы и появлением «клеток-теней». Вокруг отдельных нейронов выявлялся узкий ободок отека. Наблюдалось увеличение клеток глии.

На 14 сутки после инъекции НЧ CuZn в головном мозге крыс нарастали нарушения кровообращения в виде полнокровия, отека с развитием мелких кровоизлияний. Наблюдалось усиление дегенеративных изменений в нейронах коры (приложение 4).

К 21 суткам выраженность патоморфологических изменений в коре головного мозга крыс снижалась. Отмечалось отсутствие кровоизлияний на фоне умеренного полнокровия и отека. Уменьшался процент дегенеративных нейронов, в сравнение с 7-ми суточным периодом, приближаясь к контрольным показателям.

Исследование показало, что НЧ CuZn при внутривенном введении вызывают патоморфологические изменения мозга, которые проявляются нарушениями кровообращения в виде отека и полнокровия коры и оболочек, появлением нейронов с необратимыми изменениями (гиперхромных сморщенных и «клеток-теней»). Выявлено нарастание обозначенных структурных и патологических сдвигов в исследуемых участках мозга к 7 суткам и их спадом к 21 суткам, относительно контрольных показателей.

Поскольку наибольшие изменения в коре головного мозга крыс связаны с нарушениями кровообращения, целесообразным было исследование токсического влияния НЧ CuZn на морфологические и биохимические показатели крови.

2.4. Результаты морфологического и биохимического анализа крови

Морфологическое исследование крови состоит из подсчета количества форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов). При биохимическом анализе крови выявлялось содержание в крови ферментов: АСаТ (аспартатаминотрансфераза), АЛаТ (аланинаминотрансфераза) и ЛДГ (лактатдегидрогеназа), которые широко используются для диагностики повреждений органов и тканей в организме. При токсическом воздействии на организм происходит цитолиз клеток (разрушение) и эти ферменты попадают в кровяное русло, их концентрация повышается.

Результаты морфологического анализа крови (таблица 3) свидетельствуют о токсическом действии НЧ CuZn, которое проявляется в снижении количества лейкоцитов, эритроцитов и тромбоцитов в крови крыс экспериментальной группы. Токсическое действие часто сопровождается гибелью лейкоцитов, анемией и разрушением эритроцитов. Это подтверждается результатами биохимического анализа крови (таблица 4). Повышенное содержание ферментов АСаТ, АЛаТ и ЛДГ в крови крыс экспериментальной группы свидетельствует о разрушении клеток крови. Проявления токсического действия НЧ CuZn снижается к концу эксперимента, что связано с частичным выведением НЧ из организма и активизацией механизмов адаптации.

Таблица 3. Морфологические показатели крови крыс при введении НЧ CuZn

Таблица 4. Биохимические показатели крови крыс при введении НЧ CuZn

Таким образом, внутривенное введение НЧ CuZn негативно влияет на морфологические и биохимические показатели крови экспериментальных животных.

Заключение

Анализ литературных источников показал, что в последнее десятилетие НЧ активно используются для создания принципиально новых материалов, позволяющих решать конкретные задачи в разных областях науки и техники.

Наноразмеры частиц придают им особые физико-химические свойства, отличающиеся от тех, которыми обладают составляющие их молекулы и атомы веществ в частицах большего размера. Токсиколого-гигиенические свойства НЧ определяются увеличением их реакционной и каталитической способности, возможностью встраивания в клеточные структуры, высокой адсорбционной активностью и способностью к аккумуляции в живых организмах.

Наноструктуры могут попасть в организм путем ингаляции, через кожу или с пищей и водой.

Проведенное исследование показало, что внутривенное введение крысам НЧ CuZn возбуждающе влияет на центральную нервную систему и изменяет поведение животных. Это проявляется в повышенной эмоциональной, двигательной и ориентировочно-исследовательской активности, нарушении инстинкта безопасности.

Причиной отклонений в поведении животных стали изменения структурно-функционального состояния коры головного мозга, проявившиеся в нарушении кровообращения и повреждении нейронов, что доказывает способность НЧ CuZn преодолевать гематоэнцефалический барьер.

Токсическое действие НЧ CuZn на клетки подтверждается результатами морфологического и биохимического анализа крови.

Таким образом, широкое применение нанотехнологий связано с необходимостью проведения серьезных исследований безопасности, токсичности и биосовместимости наноматериалов. Отдельную проблему составляют задачи изучения потенциальной опасности использовании НЧ в военных целях и разработки средств защиты человека и окружающей среды от их токсического влияния.

Список литературы

Азаренков Н.А., Веревкин А.А., Ковтун Г.П., Литовченко С.В. Нанотехнологии и наноматериалы (учебное пособие). Харьков – 2009

Андрусишина И.Н. Наночастицы металлов: способы получения, физико‑химические свойства, методы исследования и оценка токсичности // Современные проблемы токсикологии, - № 3, 2011, - с. 10-11

Арчаков А.И. Нанобиотехнологии в медицине: нанодиагностика и нанолекарства. Актовая речь, Москва, 2009

Буреш Я., Бурешова О., Хьюстон Д.П.. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения. – М.: «Высшая школа». – 1999. – С. 119-122.

Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. М., 2003

Зайцева Н.В., Землянова М.А., Звездин В.Н., Довбыш А.А. Токсиколого-гигиеническая характеристика некоторых металлсодержащих наночастиц при различных способах экспозиции: бионакопление и морфофункциональные особенности воздействия // Токсикологический вестник. –2017. – №1.– с.27-34.

Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию: пер. с яп. / Н. Кобаяси. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008 - 136 с., с. 16

Кремневская С.И. Выделение различных компонентов ориентировочной реакции крыс в условиях открытого поля / С.И. Кремневская, В.Я. Гельман, Э.П. Зацепин, С.М. Королоев // Физиол. журнал СССР им. И.М. Сеченова. – 1991. – Т.77. - №2. – С. 124-129.

Мирошников С.А., Сизова Е.А. Наноматериалы в животноводстве (обзор) // Вестник мясного скотоводства, - № 3 (99), 2017, – с. 7-22

Онищенко Г. Г., Тутельян В. А., Гмошинский И. В., Хотимченко С. А. Развитие системы оценки безопасности и контроля наноматериалов и нанотехнологий в РФ // Гигиена и санитария № 1, 2013 г. – с. 6-7

Роко М. Перспективы развития нанотехнологии: национальные программы, проблемы образования // Ж. Рос.хим. об-ва им. Д.И.Менделеева, 2002, т. XLVI, №5

Скальный А.В. Микроэлементозы человека (диагностика и лечение). Изд-е 2-е. М.: Изд-во КМК, 2001. 96 c.

Улащик В.С. Перспективы и проблемы использования наночастиц и нанотенологий в онкологии. // Здравоохранение № 9 – 20014, с. 24

Фельдблюм В. «Нано» на стыке наук: нанообъекты, нанотехнологии, нанобудущее (Электрон. междисциплинарное изд.). Ярославль – 2013, с. 4

Хабриев Р.У. «Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ» / под ред. Р.У. Хабриева. – 2-изд., перераб. И доп.. – М. : ОАО Изд. «Медицина». – 2005 г. – 832 с.

Jackson H.F., Broadhurst P.L. The effects of parachlorophenylalanine and stimulus intensity on open-field test measures in rats. Neuropharmacology. – 1982. – Vol. 21. – P. 1279-1282.

Kalpana SastryR., Shrivastava Anshul, N. H. Rao. Nanotechnology in food processing sector-An assessment of emerging trends // J Food Sci Technol. 2013. № 50(5). P. 831-841.

Yamamoto Y., Miura T., Suzuki M., Kawamura N., Miyagawa H., Nakamura T., Kobayashi K., Teranishi T., and Hori H. Direct observation of ferromagnetic spin polarization in gold nanoparticles // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 93. № 11. Р. 116801‒116804

Обрабатывающая промышленность

- конструкционные материалы (сплавы, керамики)

- биоматериалы

- добавки

- материалы с контролируемыми свойствами

Энергетика

- металлургия

- автомобилестроение

- электроника (батарейки, оптика, контакты)

- новые топливные ячейки

- энергоэффективное освещение

- солнечные батареи

- специальные изолирующие элементы

- системы хранения водорода

- нанокатализаторы для топливных элементов

Химическая промышленность

- катализаторы

- косметика

- упаковочные материалы

- нанофильтры

- газовые нанодатчики

-дезинфекция

Приложение 1

Строительство

- краски

- покрытия

- абразивные материалы

- сухие строительные смеси

- новые многофункциональные материалы и компоненты (аэрозоли)

- наноструктурная модификация строительных материалов (датчики, устройства, приборы контроля качества)

- строительные блоки

Экология

- утилизация СО₂

-фотокатализаторы

-переработка органических и неорганических отходов

- сорбенты

- опреснение воды

- экологически чистые материалы - катализаторы для очистки выхлопных газов

Аэрокосмическая промышленность

Медицина

- анализ физиологических параметров организма

- адресная доставка лекарств в нуждающиеся ткани

- вакцины

- торможение патологических процессов

- лекарственные препараты

- диагностика и визуализация

- биологически совместимые имплантаты

- биодатчики

- новые методы введения лекарств

- создание специальных материалов и интерфейсов малых компонентов живого

- медицинские наноматериалы и наноструктуры

- лечение рака с помощью гипертермии

Пищевая промышленность

- обогащение продуктов питания витаминами, пребиотиками, микроэлементами

-производство пищевых упаковочных материалов, повышающих сроки хранения пищи

Сельское хозяйство

- наноматериалы для защиты растений; питания и управления фермерским хозяйством

- борьба с вредителями

- изготовления удобрений и биосенсоров, обеспечивающих доступности микроэлементов

Текстильная промышленность

- производство текстиля и одежды с новыми свойствами для нужд военных ООО «Наомет» (носки с добавление наночастиц серебра для предотвращения потливости ног)

Машиностроение

- добавки к топливным, смазывающим, абразивным материалам

ПРИМЕНЕНИЕ НАНОЧАСТИЦ

Приложение 2

Таблица 2. Схема проведения эксперимента

Примечание – ОР – общий рацион, * - внутривенное введение

Крысы линии Wistar

(n=10)

I

контрольная группа

II

опытная группа

НЧ-CuZn

(внутривенно)

0,9 %-ный

NaCl

Наблюдение на 1-е, 14-е и 21-е сутки

Этологические исследования

Эмоциональная, двигательная и ориентировочно-исследовательская активность

Анализ крови

Морфометрическое состояние тканей головного мозга

Гистологические исследования

Морфологические и биохимические показатели крови

Приложение 3

Тесты для проведения этологических исследований

Установки для изучения поведения крыс

(«Темно-светлая камера» и«Открытое поле»)

Тест «Открытое поле»

Для изучения поведенческой активности вещества (НЧ) на животных использовалась установка «Открытое поле» (НПК Открытая наука, Москва, Россия). Установка представляет собой круглую площадку диаметром 97 см с имеющимися 13 отверстиями в полу (приложение 3). Освещенность – 90 Лк. Тестируемое животное помещалось в центр площадки хвостом к экспериментатору. В течение трех минут наблюдения за животным регистрируются следующие показатели:

1. Горизонтальная двигательная активность (ГДА) - число пересеченных квадратов по периферии, на 2/3 и в центре площадки.

2. Вертикальная двигательная активность (ВДА) – число вставаний на задние лапы.

3. Ориентировочно-исследовательская активность – число заглядываний в отверстия поля.

4. Эмоциональный фактор – количество фекальных болюсов.

5. Грумминг.

Тест «открытое поле» является одним их ведущих инструментов оценки индивидуально-типологических особенностей поведения мелких экспериментальных животных – крыс или мышей. Природно-экологические особенности существования этих млекопитающих таковы, что при помещении их в установку «открытое поле» они испытывают определенный стресс, который отражается в их поведении [4, с. 16].

По классическим представлениям, двигательная активность (горизонтальная, вертикальная) и норковый рефлекс в совокупности определяют состояние активно-поисковой компоненты поведения, а уровень дефекаций и груминг – пассивно-оборонительной.

Тест «Темно-светлая камера»

Используется для изучения поведения грызунов в условиях переменной стрессогенности (при свободном выборе комфортных условий) и позволяет оценить уровень тревожности животного по предпочтению темноты/света, выраженности и динамике поведения «выглядывания» (приложение 3).

Темно-светлая камера представляет собой закрытый ящик, состоящий из двух отсеков, разделенных перегородкой: светлого и темного. Отсеки сообщаются между собой через отверстие в перегородке (3х3см). Сверху темный отсек снабжен плотно подогнанной открывающейся наверх крышкой. Над светлым отсеком располагается электрическая лампа мощностью 40 Вт. Тестирование проводили в дневное время, в промежутке между 11 и 13 часами. При эксперименте мышь опускается в темный отсек камеры, после чего камера закрывается сверху крышкой. В ходе эксперимента регистрируются следующие поведенческие показатели: число выглядываний из темного отсека в светлый через отверстие в перегородке и число выходов в светлый отсек. Выглядыванием считается частичное или полное пересечение животным условного порога в отверстии центральной перегородки между отсеками. Под выходом понимается любое продвижение в сторону освещенного отсека, которое сопровождается двигательно-исследовательской активностью в этом отсеке. Регистрируется также суммарная длительность (в сек.), количество выглядываний и выходов в освещенную часть камеры.

Приложение 4

Морфометрическое состояние тканей головного мозга

3

2

1

3

1

4

Приложение 5

Проведение исследований в лаборатории Федерального научного центра биологических систем и агротехнологий РАН

Рис. 1. Работа в виварии на подготовительном этапе эксперимента

Рис. 4. Забор крови из хвостовой вены крыс

Рис. 3. Процесс трепанации черепа крыс для гистологических исследований

Рис. 5. Морфологический анализ крови

Рис. 6. Биохимический анализ крови