Регистрация / Вход
Прислать материал

14.604.21.0114

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.604.21.0114
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации - Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна"
Название доклада
Использование ядерно-физических методов для оценки биокинетических характеристик наночастиц серебра и золота в организме лабораторных животных (крыс линии Вистар) при различных путях поступления
Докладчик
Соловьев Владимир Юрьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
1) Разработка высокочувствительных неразрушающих ядерно-физических и рентгеновских методов диагностики наноматериалов с целью повышения точности и селективности измерений в части определения массового содержания и размеров нанообъектов в различных средах, включая биологические ткани и жидкости.
2) Разработка проектов нормативно-технического и метрологического обеспечения используемых методов.
3) Проведение экспериментальных исследований биокинетических характеристик наночастиц золота и серебра в организме лабораторных животных (крыс).
4) Разработка математической модели биокинетики наночастиц в организме лабораторных животных (крыс) и человека
Актуальность и новизна исследования
Актуальность работы связана с необходимостью разработки и практического использования технологий, связанных с высокочувствительными неразрушающими ядерно-физическими методами количественного содержания наночастиц в различных средах и возможностью их практического использования для оценки биокинетических характеристик наночастиц золота и серебра в организме лабораторных животных - крысах-самцах линии Вистар при различных путях поступления.
Описание исследования

Исследование по проекту проводилось на базе лабораторного корпуса ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И.Бурназяна ФМБА России, уникальной установки "Исследовательский реактор ИР-8" НИЦ "Курчатовский институт" и спектрометрических групп обоих научных центров.

Проведено экспериментальное исследование по оценке содержания наночастиц серебра и золота в организме лабораторных животных - крыс-самцов линии Вистар при различных путях поступления с помощью ядерно-физических методов. Исследовались три основных пути поступления наночастиц в организм лабораторных животных: внутривенный, пероральный и ингаляционный, что моделировалось внутривенным (в хвостовую вену), внутрибрюшинным, внутрижелудочным и внутритрахеальным способами введения. В экспериментах использовались суспензии наночастиц квазисферической формы: наночастиц серебра с медианным диаметром 11, 27, 103 нм и наночастиц золота 9 и 93 нм, соответственно (все производства фирмы Nanocomposix, Канада). Во время эксперимента животные содержались в стандартных условиях ухода и кормления. Забор органов у крыс производился на времена 1, 4, 24, 120 ч в зависимости от отдельных поставленных задач. Анализировалось содержание наночастиц в органах: крови, печени, головном мозге, а также в отдельных фазах проведенного исследования: селезенке, почках и легких. В качестве метода регистрации наночастиц в органах использовались две разновидности ядерно-физического метода: нейтронно-активационный анализ и метод радиоактивных индикаторов. Основные результаты по распределению наночастиц золота и серебра получены методом радиоактивных индикаторов, как имеющим большую чувствительность и избирательность. При использовании этого метода на первом этапе облучается суспензия наночастиц золота или серебра в потоке тепловых нейтронов реактора. При этом в результате ядерной реакции захвата тепловых нейтронов ядрами золота и серебра образуются радиоактивные изотопы Au-198 и Ag-198m, периодами полураспада 2,7 дня и 250 дней, соответственно. Оцененная доля атомов с радиоактивной меткой составляет 5х10(-7), что не может сказаться на физико-химических свойствах исследуемых наночастиц и меченные наночастицы могут быть использованы в экспериментах на лабораторных животных. Исследование методом нейтронно-активационного анализа позволяет оценить содержание и других изотопов наведенной активности в исследуемых образцах, в частности, изотопа железа Fe-59. Регистрация содержания метки изотопа Fe-59 позволяет оценить содержание железа в биологических образцах, в частности, в образцах крови и головного мозга, что позволяет оценить содержание крови в капиллярах головного мозга, т.к. железо содержится, в основном в гемоглобине крови.

Для изучения перспектив внедрения разрабатываемой технологии в реальном секторе экономики - золотодобыче - за счет внебюджетных средств Индустриального партнера на ядерном реакторе ИР-8 проведено облучение образцов почвы с различным контролируемым содержанием наночастиц золота для определения предельной концентрации содержания золота в образце, оцениваемой рассматриваемом методом. 

При выполнении исследования использовалось уникальное оборудование Индустриального партнера - Уникальная установка "Исследовательский реактор ИР-8" и научное оборудование Центра коллективного пользования Московского Государственного университета.

 

Результаты исследования

В соответствии с декларированными целями проекта в результате выполнения исследования:

1) Разработаны высокочувствительные неразрушающие ядерно-физические методы диагностики наноматериалов с целью повышения точности и селективности измерений в части определения массового содержания нанообъектов в различных средах, включая биологические ткани и жидкости. Оцененная чувствительность метода определения содержания золота и серебра в исследуемых образцах при облучении потоком тепловых нейтронов на реакторе ИР-8 по радиоактивной метке изотопа золота Au-198 – 10(-11) г, по изотопу серебра Ag-110m – 10(-8) г. 

2) Разработаны проекты нормативно-технического и метрологического обеспечения используемых методов:

- проект методических рекомендаций по проведению исследований биокинетических характеристик неорганических наночастиц серебра и золота с помощью ядерно-физических методов;

- проект методики диагностики наночастиц золота в биологических объектах;

- проект методики диагностики наночастиц серебра в биологических объектах;

- проект методических рекомендаций по проведению исследований биокинетических характеристик неорганических наночастиц с помощью ядерно-физических методов; 

- проект методики диагностики в различных средах, включая гибридные и биологические, наноматериалов с содержанием химических элементов серебра;

- проект методики диагностики в различных средах, включая гибридные и биологические, наноматериалов с содержанием химических элементов золота;

- проект технического задания на проведение ОТР.

3) Проведены экспериментальные исследования биокинетических характеристик наночастиц золота и серебра в организме лабораторных животных (крыс-самцов линии Вистар). Получены новые экспериментальные результаты по динамике распределения НЧ золота и серебра в организме крыс при различных путях поступления. По измерению активности радиоактивной метки Fe-59 получена оценка массы остаточной крови в капиллярах головного мозга крыс, равная 0,058 г. Отношение количества наночастиц серебра, содержащихся в образцах головного мозга крыс к их концентрации в периферической крови для 9 нм наночастиц составляет 0,23, а для 94 нм наночастиц - 0,31 на 24 ч после внутривенного введения. Эти данные определяют долю наночастиц серебра, преодолевающих гематоэнцефалический барьер. Результаты экспериментальных исследований обобщены в базе данных по биокинетике наночастиц серебра и золота в организме лабораторных животных (Свидетельство о государственной регистрации №2016620110 от 25.01.2016 г.).

4) Разработана математическая модель биокинетики наночастиц в организме лабораторных животных (крыс) и человека. Алгоритм, релизующий процесс вычислений по модели реализован в виде программы, написанной на языке МАТЛАБ «НаноБиокинетика-16» (Свидетельство о Государственной регистрации №2016619378 от 18.08.2016 г.). Программа позволяет оценивать биокинетические параметры модели по набору экспериментальных данных и производить расчет распределения наночастиц золота и серебра в организме крыс с возможностью экстраполяции результатов на другие виды животных (мышей) и на человека с помощью метода биологического подобия. 

По результатам работы опубликованы или находятся в стадии публикации в 2016 г. в научных журналах, индексируемых в БД "SCOPUS" и/или Web of Science 5 научных статей.

 Сделаны доклады на трех научных конференциях, в т.ч. на двух международных ("Radiopharma-2015" и "NLS-2016").

Практическая значимость исследования
Комплект нормативно-технической и метрологической документации может использоваться при проведении исследований содержания наночастиц золота и серебра или наноматериалов с содержанием химических элементов золота и серебра в различных средах, включая гибридные и биологические, а также проводить исследование биокинетических характеристик неорганических наночастиц с помощью ядерно-физических методов.
Проведенное за счет внебюджетных средств Индустриального партнера на ядерном реакторе ИР-8 облучение образцов почвы с различным контролируемым содержанием наночастиц золота показало, что с использованием ядерно-физических методов можно оценивать концентрацию золота в том числе в ультрадисперсной форме в образцах на уровне, в сотни раз меньшем, чем промышленно-рентабельное значение. Этот результат может найти применение в реальном секторе экономики – золотодобыче.