ВИКОРИСТАННЯ ДОКЛІНІЧНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДОСЛІДЖЕННЯ: АНАЛІЗ ВЛАСНОГО ДОСВІДУ, ПЕРСПЕКТИВИ
Бубнов Р.В.1,2, Співак М.Я.2, Драгулян М.В.3, Тимошок Н.О.2, Лазаренко Л.М.2, Гулько Т.П.3, Бучек П.В.3, Бабенко Л.П.2, Жолобак Н.В.2, Бойко Н.В.2,4
1 Клінічна лікарня "Феофанія" ДУС
2 Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України
3 Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
4 Cassovia Life Sciences, Словаччина
Вступ
Тваринні моделі широко використовуються в біологічних та медичних науках. Прогнозується, що багато захворювань людини будуть надалі досліджуються на піддослідних тваринах через обмеження застосуванням адаптованих математичних моделей in silico, навіть за допомогою найпотужніших комп'ютерних систем. Досі піддослідних тварин при експерименті доводиться вбивати і препарувати (світові втрати тварин – сотні мільйонів щорічно). Досі доклінічне ультразвукове дослідження (УЗД) застосовується лише в небагатьох лабораторіях.
Мета
Створити тваринні моделі з використанням УЗД для тривалого прижиттєвого спостереження, проаналізувати власний досвід для оцінки ефективності УЗД для різних моделей.
Матеріали
Проведено аналіз застосування УЗД при моделюванні захворювань на лабораторних тваринах (щурах, мишах, кролях, мурчаках тощо) на різних приладах загального призначення з використанням датчиків частотою до 12 МГц. Додатково проводили пункційні втручання під УЗ контролем, визначали рух тканин, проводили допплерографію, соноеластографію, створювали тривимірні моделі, вводили контрастні та досліджувані препарати.
Результати
Нами створено метод проведення експерименту для моделювання біологічних процесів та запатентовновано низку моделей [1-3], успішно проведені дослідження, отримані результати, яких не вдалося б досягнути без застосування УЗД [4-7]. Так, розроблений спосіб моделювання серцевої недостатності [2,4,5], що включає введення кардіотоксичного препарату доксорубіцину 12,45-23,1 мг/кг та прижиттєву ехокардіографію, введення препаратів під ультразвуковим контролем в серцеву сумку та в плевральну порожнину тварин. Виявлені гендерні відмінності в гепатотоксичності препаратів та розроблено спосіб моделювання медикаментозного ураження печінки щурів [3], який включає внутрішньочеревне введення диклофенаку у дозах 5-10 мг/кг, визначено гендер-залежну дозу та різні механізми ураження печінки в обох статей. Розроблено спосіб моделювання ожиріння у мишей із введенням висококалорійної дієти, причому для скринінгу та обстеження великої кількості тварин проводять реєстрацію поперечного та поздовжнього сканів органокомплексів черевної порожнини та замірювання розмірів поперечного перетину тіла на рівні пупка та товщини заочеревинного (вісцерального) жиру з врахуванням пограничного максимального значення у 1.5 мм. Розроблена модель вагітності у щурів, розроблені номограми фетометрії для визначення терміну вагітності, визначення життєздатності плоду та забору матеріалу in vivo для діагностики та тканинних методик. Також були створені та застосовані в дослідженнях моделі діабету [6], артриту [7], міопатії, печінкової недостатності, енцефалопатії, паркінсонізму та ін.
Сонопорація та (нано)-тераностика - найбільш успішні інноваційні та досі не вивчені напрямки з великими потенціалом розвитку. Нами проведені дослідження та отримані пріоритетні результати в напрямках таргетного введення препаратів з посиленням їх дії ультразвуком:
- Генної терапії цукрового діабету – наші результати показують [6], посилення перенесення генів polyplex під впливом прицільного УЗД. Так, принаймні 42% клітин печінки були трансфіковані під впливом ультрасонації в порівнянні з 1,2% без неї.
- Доставки наночастинок та ліків в тканину міокарда, печінки, скелетних м҆язів – ультрасонація зумовлювала підвищення проникнення наночастинок в клітини в декілька разів [4].
Виявлення ефективності сонопорації з використанням звичайних апаратів УЗД ставить під сумнів в очевидність безпеки методу УЗД, його вплив на тканини (мембрани клітин) може бути значним, що може мати значення, наприклад у поширенні вірусної інфекції тощо, потрібні подальші дослідження.
Висновок
УЗД значно підвищує ефективність моделей та якість експериментальних досліджень, відкриває великі перспективи для розвитку багатьох гібридних методик тераностики, персоніфікованої, біологічної терапії та діагностичних методів з використанням контрастних препаратів, поєднання з МРТ візуалізацією. Обмеженнями залишається необхідність використання високочастотного ультразвуку (до 80 МГц), що є малодоступними для більшості дослідницьких лабораторій. Проте, більшість моделей можна проводити на пристроях загального призначення.
Література
1. Пат. № 78082 U, Україна. Спосіб експерименту для моделювання біологічних процесів МПК A61B 10/00 A61B 8/00 A61D 99/00 (2013.01) / Бубнов Р.В., Співак М.Я., Жолобак Н.М. – опубл. 11.03.2013, бюл. № 5, 2013 р.
2. Пат. № 78105 U, Україна. Спосіб моделювання серцевої недостатності МПК A61B 10/00 A61B 8/00 (2013.01) / Винах.: Співак М.Я., Ємець І.М., Бубнов Р. В. – опубл. 11.03.2013, бюл. № 5, 2013 р.
3. Пат. № 98459 U, Україна. Спосіб моделювання медикаментозного ураження печінки щурів МПК: A61B 1/00 (2015.01) / Винах.: Співак М.Я., Бубнов Р.В., Нечипуренко О.О., Тимошок Н.О. - опубл. 27.04.2015, бюл. № 8, 2015 р.
4. Spivak MY, Bubnov RV, Yemets IM, Lazarenko LM, Tymoshok NO, Ulberg ZR: Development and testing of gold nanoparticles for drug delivery and treatment of heart failure: a theranostic potential for PPP cardiology. EPMA J. 2013 Jun 24;4(1):20.
5. Spivak M, Bubnov R, Yemets I, Lazarenko L, Timoshok N, et al. Doxorubicin dose for congestive heart failure modeling and the use of general ultrasound equipment for evaluation in rats. Longitudinal in vivo study. Med Ultrason 15 (1), 23-28.
6. Bubnov RV, Toporova OK, Irodov DM, Gulko TP, Ruban TP, Morgunov PV, Kordium VA Use of ultrasound to enhance PEI-mediated gene delivery in vivo on diabetic model. EPMA Journal 2014, 5(Suppl 1): A76.
7. Dragulyan M.V., Gulko T.P., Bubnov R.V., Irodov D.M., Pokholenko Ia.O., Kordium V.A. Ultrasound-Controlled Osteoarthritis Model in Rats. Slovak Journal of Health Sciences, 2012 July, 3(2):107-108.