Obserwacje nad osłonowym wpływem DNA z czerwiu pszczelego w
Transkrypt
Obserwacje nad osłonowym wpływem DNA z czerwiu pszczelego w
&ARMACEUTYCZNY0RZEGLD.AUKOWY /BSERWACJENADOSONOWYMWPYWEM$.!ZCZERWIUPSZCZELEGO WMODELUEMBRIOTOKSYCZNOuCI+WASACETYLOSALICYLOWY %XPERIMENTAL OBSERVATION OF $.! FROM BEE LARVAE IN THE MODEL EMBRIOTOXICITY !CETYLSALICYLICACID $RNMED-AGDALENA7YSZYÊSKA0ROFDRHABNMED%WA3ZAFLARSKA3TOJKO$RNMED!GATA+ABAA$ZIK +ATEDRAI:AKAD0ATOLOGII 7YDZIA&ARMACEUTYCZNYZ/DDZIAEM-EDYCYNY,ABORATORYJNEJ35+IEROWNIK0ROFDRHABNMED%WA3ZAFLARSKA3TOJKO Streszczenie Abstract Celem badań była analiza osłonowego wpływu DNA czerwiu pszczelego na płód szczurzy narażony na działanie kwasu acetylosalicylowego. Materiał doświadczalny stanowiło 50 ciężarnych samic szczurów szczepu Wistar, a podstawowym przedmiotem badań było DNA czerwiu pszczelego. Celem sprawdzenia osłonowego działania DNA z czerwiu pszczelego w doświadczeniu wykorzystano wzorcowy związek o sprawdzonym działaniu embriotoksycznym - kwas acetylosalicylowy, który podawany był samicom w 4, 10 i 14 dniu ciąży sondą żołądkową. Ciężarne samice podzielono na trzy grupy. W grupie kontrolnej, składającej się z 30 ciężarnych samic, wydzielono 3 podgrupy. W pierwszej nie zakłócano przebiegu ciąży, w drugiej podano DNA czerwiu pszczelego, w trzeciej podawano sól fizjologiczną sondą żołądkową. Grupa doświadczalna D1 składała się z 10 ciężarnych samic, którym podawano kwas acetylosalicylowy. Grupa doświadczalna D2 składała się z 10 ciężarnych samic, którym podano kwas acetylosalicylowy w 4, 10 i 14 dniu trwania ciąży oraz DNA czerwiu pszczelego jednorazowo w trzecim dniu trwania ciąży. W 21 dniu trwania ciąży zwierzęta uśpiono i poddano sekcji. Do oceny pobrano płody szczurze. Wykonano z nich preparaty mikroskopowe i poddano ocenie histopatologicznej. Uzyskane wyniki pozwoliły na sformułowanie wniosków, że zastosowany ekstrakt DNA z czerwiu pszczelego nie wykazuje negatywnego wpływu na przebieg fizjologicznej ciąży szczura, a przypadku narażenia ciężarnych samic na działanie kwasu acetylosalicylowego, zapobiega powstawaniu zmian patologicznych oraz wykazuje działanie osłaniające na rozwijający się płód. The experimental material comprised 50 pregnant Wistar rats, the main object of the study was DNA of bee larvae. Standard compound - acetylsalicylic acid (ASA), with proven embryotoxic activity, were used to investigate the protective effect of the DNA of bee larvae. The ASA was administered to the females on the 4th, 10th and 14th day of pregnancy per os with the use of a stomach tube. The pregnant rats were divided into three groups: control, experimental D1 and D2. 3 subgroups were selected from the control group, which comprised 30 pregnant rats. The course of pregnancy was not disturbed in the first subgroup. The DNA of bee larvae was administered to the second subgroup in order to evaluate its effect on the course of physiological pregnancy. Saline solution was given by a stomach tube to the third subgroup. The experimental group D1 comprised 10 pregnant females who were given emryotoxic compound. The experimental group D2 comprised 30 pregnant females who were given a single dose of both, the toxic compound ASA and the DNA of bee larvae on the 3rd day of pregnancy. On the 21st day of pregnancy the animals were anaesthetized and autopsied. Then, the fetuses were collected for evaluation. The collected material was used to prepare microscope slides and were examined histopathologically. The data led to the following conclusions: the applied DNA extracted from bee larvae does not exhibit negative effect on the course of physiological pregnancy in rats and prevents developmental defects in fetuses exposed to embryotoxic compounds like acetylsalicylic acid. Słowa kluczowe: apiterapia, czerw pszczeli, genoterapia, embriotoksyczność Key words: apitherapy, bee larvae, genotherapy, embryotoxicity COPYRIGHT'RUPADR!2+WIECIÊSKIEGO)33. ' Ö Duży postęp cywilizacji niesie ze sobą narastające niebezpieczeństwo niekorzystnego wpływu środowiska na organizm człowieka. Dotyczy to w równym stopniu czynników fizycznych, zanieczyszczeń środowiskowych oraz powszechnego stosowania różnorodnych związków chemicznych, w tym preparatów farmakologicznych, których liczba i dostępność stale wzrasta. Podejście do ich stosowania jest szczególnie istotne dla kobiet w wieku rozrodczym, bowiem każdy lek lub narażenie na toksyny środowiskowe niesie za sobą potencjalne zagrożenie dla zdolności rozrodczych, przebiegu ciąży oraz zdrowia rozwijającego się płodu. Jednym z głównych podmiotów obecnie prowadzonych badań naukowych jest szeroko pojęta ochrona rozwijającego się w łonie matki płodu narażonego na związki toksyczne. Najbardziej wrażliwy na działanie substancji toksycznych jest organizm ciężarnej matki i rozwijający się w jej łonie płód, u którego za biotransformację ksenobiotyków odpowiedzialne są głównie układy enzymatyczne matki. Materiał genetyczny zarodka i płodu na skutek działania różnego rodzaju ksenobiotyków może ulec uszkodzeniu pod postacią różnorodnych mutacji. Z kolei matka w okresie ciąży wykazuje zmniejszoną aktywność w zakresie enzymów mikrosomalnych wątroby, przez co jest bardziej podatna na zatrucia. W związku z powyższym zasadne jest poszukiwanie substancji leczniczych, które pozbawione efektów ubocznych wykażą działanie osłonowe w stosunku do płodu i organizmu matki [1,2]. Znaczny rozwój biotechnologii i biologii molekularnej spowodował duże zainteresowanie lekami pochodzenia biogennego. Apiterapeutyki, czyli biopreparaty otrzymywane z produktów wydzielonych lub przetworzonych przez pszczoły zawierają szereg substancji aktywnych farmakologicznie. Po odpowiednim wyizolowaniu i standaryzacji stają się lekiem. Dzięki zawartości związków pochodzenia roślinnego i zwierzęcego wykazują dużą aktywność biologiczną w stosunku do organizmu człowieka. Mają udokumentowane działanie przeciwdrobnoustrojowe, regeneracyjne, znieczulające oraz detoksykacyjne. Korzystnie wpływają na metabolizm i układ immunologiczny. Ich właściwości wynikają ze składu chemicznego związków, zawartości szeregu aminokwasów, biopierwiastków, kwasów nukleinowych, węglowodanów, enzymów i kwasów organicznych [3]. Stosunkowo nowym kierunkiem farmakoterapii z racji rozwoju technik biologii molekularnej jest terapia genowa i możliwość wykorzystania „nagiego” DNA. Całkowita eliminacja defektu genetycznego może nastąpić w wyniku korekty błędu w łańcuchu DNA w komórkach rozrodczych lub najpóźniej we wczesnym okresie zarodkowym. Znaczący rozwój technik biotechnologii daje możliwości poszukiwania nowych surowców pochodzenia biogennego działających na poziomie molekularnym, bez wywoływania efektów ubocznych, stąd dużym zainteresowaniem objęto materiał genetyczny czerwiu pszczelego - DNA młodych, niedoskonałych postaci pszczół i trutni [3,4]. W dostępnym piśmiennictwie brak jest doniesień na temat osłonowego wpływu DNA z czerwiu pszczelego w stosunku do ciężarnej matki i rozwijającego się płodu. Materiał genetyczny pszczół oraz ich larw jest wygodnym, łatwym do uzyskania materiałem do badań. Genomowe DNA pszczół zostało dobrze poznane i zsekwencjonowane. Odnaleziono w nim kopie sekwencji DNA mitochondrialnego, kodujące składowe łańcucha oddechowego - jednostki oksydazy cytochromowej i dehydrogenazy NADH. Sugeruje to wyraźnie możliwość wpływu na metabolizm komórkowy poprzez zwiększenie syntezy ATP oraz oddziaływanie na procesy detoksykacyjne ustroju [5-7]. Celem niniejszej pracy doświadczalnej wykonanej na szczurach była ocena osłonowego wpływu DNA czerwiu pszczelego w stosunku do ciężarnej matki i rozwijającego się płodu. - Rl-tluR |J¬ Materiał doświadczalny stanowiło 50 ciężarnych samic szczurów szczepu Wistar. Eksperyment przeprowadzono w Centrum Medycyny Doświadczalnej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego. Badania prowadzone były w Katedrze i Zakładzie Patologii Wydziału Farmaceutycznego z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego. Dobór zwierząt determinowany był ich dojrzałością płciową i fizyczną oraz przydatnością do rozrodu hodowlanego. Szczury o wadze 170g ± 20g osiągały wiek około 80-100 dni. Przedmiotem badań było DNA z czerwiu pszczelego, otrzymane w wyniku izolacji opartej o ekstrakcję fenolowo-chloroformową. Badany apiterapeutyk podawany był dootrzewnowo jednorazowo w 3 dniu trwania ciąży. Celem sprawdzenia jego osłonowych właściwości wykorzystano wzorcowy związek o sprawdzonym działaniu embriotoksycznym – kwas acetylosalicylowy, który podawano samicom sondą żołądkową w 4, 10 i 14 dniu trwania ciąży. Ciężarne samice podzielono na trzy podstawowe grupy kontrolną K oraz dwie grupy doświadczalne: D1 i D2. W grupie kontrolnej K, składającej się z 30 samic, wydzielono 3 podgrupy po 10 samic: K1 – ciężarne samice, którym przebieg ciąży nie był zakłócany; K2 – ciężarne samice, którym podano dootrzewnowo 50μg DNA z czerwiu pszczelego jednorazowo w 3 dniu trwania ciąży; K3 – ciężarne samice otrzymujące sól fizjologiczną sondą żołądkową w 4, 10 i 14 dniu trwania ciąży, aby ocenić wpływ tej ingerencji na przebieg ciąży. Grupa doświadczalna D1 składała się z 10 samic otrzymujących sondą żołądkową kwas acetylosalicylowy w dawce 180 mg/kg m.c. w 4, 10 i 14 dniu trwania ciąży. Podana dawka wynika z przyjętego schematu badań embriotoksyczności ASA u zwierząt laboratoryjnych. Grupę doświadczalną D2 stanowiło 10 samic otrzymujących kwas acetylosalicylowy sondą żołądkową w dawce 180 mg/kg m.c. w 4, 10 i 14 dniu trwania ciąży oraz DNA z czerwiu pszczelego w ilości 50μg jednorazowo w trzecim dniu trwania ciąży. W 21 dniu ciąży, dzień przed planowanym rozwiązaniem zwierzęta uśpiono. Do oceny histopatologicznej pobierano płody, które utrwalono w płynie Bouina, następnie zatapiano w parafinie, a z otrzymanych bloczków parafinowych wykonano preparaty, które były barwione rutynowo hematoksyliną i eozyną. &ARMACEUTYCZNY0RZEGLD.AUKOWY Ryc. 1. Grupa kontrolna K. Prawidłowy obraz histologiczny skóry płodu. Bar- Ryc.4. Grupa doświadczalna B. Podgrupa B1. Płyn przesiękowy w jamie wienie H-E. Pow. mikr. 100x. otrzewnej wybarwiony na kolor różowy. Barwienie H-E. Pow. mikr. 100x. Ryc.2. Grupa kontrolna K. Wątroba płodowa. Obraz prawidłowy. Barwienie Ryc.5. Grupa doświadczalna B. Podgrupa B1. Przekrwienie naczyń krwionośnych H-E. Pow. mikr. 100x skóry oraz ogniskowe wylewy podskórne. Barwienie H-E. Pow. mikr. 100x. Ryc.3. Grupa kontrolna A. Prawidłowy obraz mikroskopowy jamy otrzewnej. Ryc.6. Grupa doświadczalna C. Podgrupa C1. Jama otrzewnej płodu bez wy- Widoczne przekroje przez jelita oraz naczynia przyczepów krezkowych. Nie- raźnych zmian patologicznych. Obecna niewielka ilość płynu przesiękowego. wielka ilość płynu surowiczego. Barwienie H-E. Pow. mikr. 100x. Barwienie H-E. Pow. mikr. 100x '¬ylpl no zmian patologicznych. U jednego płodu zaobserwowano ogniskowe wylewy krwawe w jamie otrzewnej. W grupie kontrolnej K2 u badanych płodów stwierdzono prawidłową histostrukturę narządów wewnętrznych. W dwóch przypad- W obrazie mikroskopowym płodów pochodzących od samic, którym nie zakłócano przebiegu ciąży, nie stwierdzo- COPYRIGHT'RUPADR!2+WIECIÊSKIEGO)33. Ryc.7. Grupa doświadczalna C. Podgrupa C1. Wątroba płodowa. Prawidłowy obraz mikroskopowy. Barwienie H-E. Pow. mikr. 100x. kach odnotowano obecność płynu przesiękowego w jamie otrzewnej, natomiast u jednego z płodów ogniska przekrwienia miąższu wątroby. Z kolei w podgrupie kontrolnej K3 stwierdzono pojedyncze zmiany odbiegające od stanu fizjologicznego. U dwóch płodów zaobserwowano rozluźnienie histostruktury miąższu oraz niewielkiego stopnia rozrost tkanki łącznej śródmiąższowej wątroby. U pozostałych płodów nie stwierdzono zmian patologicznych. W podgrupie kontrolnej, w której zastosowano ekstrakt DNA czerwiu pszczelego, nie stwierdzono u płodów zmian patologicznych. Pojedyncze przypadki rozpoznania płynu przesiękowego w jamie otrzewnej oraz ogniskowe przekrwienie miąższu wątroby, nie wpływają na interpretację uzyskanych wyników badań histopatologicznych. Wyniki uzyskane w pozostałych podgrupach kontrolnych wskazują, że warunki hodowlane, w jakich został przeprowadzony eksperyment, nie wpływają na przebieg fizjologicznej ciąży oraz nie wywierają negatywnego działania na wewnątrzmaciczny rozwój płodu. Mikrofotografie zamieszczone na rycinach 1-3 przedstawiają obrazy mikroskopowe płodów grup kontrolnych. Zastosowanie kwasu acetylosalicylowego w grupie doświadczalnej D1 spowodowało wystąpienie u płodów zmian patologicznych. U wszystkich zwierząt tej grupy stwierdzono obecność płynu przesiękowego w jamie opłucnej i otrzewnej (ryc. 4). Ponadto w obrębie miąższu wątroby stwierdzono cechy zaburzeń w krążeniu pod postacią przekrwienia oraz liczne, ogniskowe wylewy podskórne o różnej lokalizacji (ryc. 5). U płodów wywodzących się z grupy doświadczalnej D2, w której ciężarnym samicom podawano kwas acetylosalicylowy oraz ekstrakt DNA czerwiu pszczelego nie stwierdzono zmian patologicznych w histostrukturze narządów wewnętrznych. W jamie otrzewnej widoczna była niewielka ilość płynu przesiękowego (ryc. 6). W obrębie wątroby nie stwierdzono cech przekrwienia (ryc. 7). Należy zwrócić uwagę na fakt, że zastosowany biopreparat czerwiu pszczelego zapobiegał całkowicie powstawaniu u płodów podskórnych wylewów krwawych. u}ªlRylRª¬ylp}ª Wiele preparatów farmakologicznych oraz toksyn dostaje się do krążenia płodu, który często reaguje odmiennie niż dojrzały organizm matki, na skutek innego mechanizmu działania ksenobiotyku. W obrębie łożyska znajduje się szereg cytochromów P-450, jednak ich stężenie jest niskie w porównaniu z wątrobą, ponadto brak jest większości enzymów uczestniczących w glukuronidacji. Należy również mieć na uwadze zmniejszoną aktywność układów detoksykacyjnych ciężarnej matki, przez co staje się bardziej podatna na zatrucia [1,8]. Na skutek oddziaływania różnorodnych czynników środowiskowych bądź w wyniku narażenia na związki toksyczne, w materiale genetycznym zarodka lub płodu mogą powstawać różnego rodzaju mutacje i nieprawidłowości chromosomalne, czego następstwem są poważne wady rozwojowe. Całkowita eliminacja defektu genetycznego może nastąpić w wyniku korekty błędu w komórkach rozrodczych, najpóźniej we wczesnym okresie zarodkowym [9]. W dostępnym piśmiennictwie brak jest prac o osłonowym wpływie DNA czerwiu pszczelego w stosunku do płodu narażonego na związki embriotoksyczne, ponieważ jest to nowy temat badawczy z dziedziny apiterapii. Dlatego treść tej dyskusji stanowi ocenę wyników uzyskanych w trakcie eksperymentu. Droga podania badanego biopreparatu odgrywa istotną rolę w aspekcie skuteczności jego działania. W przeprowadzonym eksperymencie zastosowano iniekcję dootrzewnową, która warunkuje działanie bezpośrednie w stosunku do płodu i organizmu matki. Należy jednak przypuszczać, że możliwe są również inne efektywne drogi podania, co może stanowić temat kolejnych badań naukowych z wykorzystaniem materiału genetycznego larw pszczół. W przeprowadzonym doświadczeniu w podgrupach kontrolnych, w których zastosowano badany biopreparat DNA czerwiu pszczelego nie stwierdzono znaczących zmian patologicznych u płodów. Pozwala to na stwierdzenie, że badany apiterapeutyk nie wpływa na przebieg fizjologicznej ciąży oraz nie wywiera negatywnego działania na wewnątrzmaciczny rozwój płodu. Ocena histopatologiczna płodów szczurzych dostarczyła wielu informacji na temat oddziaływania badanych substancji na rozwój płodu oraz obraz morfologiczny jego narządów wewnętrznych. Badania doświadczalne nad osłonowym wpływem wybranych apiterapeutyków w stosunku do płodu narażonego na działanie substancji embriotoksycznych były dokonywane do tej pory w innym aspekcie [10,11]. Analizowano dane pochodzące z oględzin zewnętrznych ciała płodów, mikrosekcji, pomiarów morfometrycznych, z oceny ilości punktów kostnienia oraz parametrów hodowlanych. Jedynie Rzepecka-Stojko [12] podjęła się przeprowadzenia oceny bezpośredniego wpływu związków toksycznych na płód za pomocą badań histopatologicznych. Zastosowany przez nią kwas acetylosalicylowy spowodował rozwój zaburzeń przemawiających za dysfunkcją czynnościową narządów wewnętrznych płodu szczura. Są to wyniki zgodne z uzyskanymi w przeprowadzonym doświadczeniu. Narażenie na kwas acetylosalicylowy spowodowało wystąpienie u płodów przesięków do jam ciała oraz przekrwienie wątroby. Cechą najbardziej charakterystyczną była obecność licznych, ogniskowych wylewów podskórnych o różnej lokalizacji. Zmian takich nie zanotowano w grupie otrzymującej osłonowo biopreparat DNA czerwiu pszczelego. Aktywność farmakologiczna kwasu acetylosalicylowego jest związana z nieodwracalnym hamowaniem cy- &ARMACEUTYCZNY0RZEGLD.AUKOWY klooksygenazy (COX-1). Preparat ten podany w dawkach terapeutycznych 1,5-3g dziennie powoduje uszczelnienie łożyska naczyniowego. Po przedawkowaniu istnieje ryzyko powstawania wylewów krwawych na skutek bezpośredniego oddziaływania tego preparatu na śródbłonek naczyń krwionośnych oraz wpływem antyagregacyjnym i hamującym syntezę tromboksanu [13-15]. Badany ekstrakt DNA czerwiu pszczelego może mieć wpływ na uszczelnienie śródbłonka i tym samym może zapobiegać powstawaniu opisywanych zmian. Wyniki doświadczenia wskazują, że ekstrakt DNA czerwiu pszczelego jest produktem o dużym potencjale biotycznym. Otrzymane wyniki badań są punktem wyjścia do dalszych eksperymentów, mających na celu poznanie wszystkich właściwości materiału genetycznego larw pszczół. 'yl|pl 1. 2. Zastosowany ekstrakt DNA z czerwiu pszczelego nie wykazuje negatywnego wpływu na przebieg fizjologicznej ciąży szczura. W przypadku narażenia ciężarnych samic na działanie kwasu acetylosalicylowego, ekstrakt DNA czerwiu pszczelego całkowicie zapobiega powstawaniu zmian patologicznych oraz wykazuje działanie osłaniające na rozwijający się płód. Piśmiennictwo 1. Chmielnicka-Kopaczyk M. Teratogenny wpływ leków na rozwój zarodka i płodu. [W:] Słomko Z, Brębowicz G, Gadzinowski J. Leki w medycynie perinatalnej. Poznań: Ośrodek Wydawnictw Naukowych; 1999: 19-27. 2. Stojko J, Góras-Hetmańczyk L, Rzepecka-Stojko A, Siwiec A. Osłonowe działanie apiterapeutków w stosunku do płodu narażonego na działanie związków embriotoksycznych (streszczenie). Konferencja Naukowa. Apiterapia - jej stan obecny i nadzieje na przyszłość. Katowice: 2002; 24-27. 3. Stojko A. Leczenie produktami pszczelimi (apiterapia). [W:] Janicki K, Rewerski W. Medycyna naturalna. Warszawa: PZWL; 2001: 105-113. 4. Stojko A. Czerw pszczeli nowym surowcem farmakopealnym (streszczenie). XLII Naukowa Konferencja Pszczelarska, Puławy: 2005; 158-159. 5. Behura SK. Analysis of nuclear copies of mitochondrial sequences in honey bee (Apis mellifera) genome. Mol Biol Evol 2007; 24(7): 1492-505 6. Dearden PK, Wilson MJ, Sablan L, Osborne PW, Havler M, McNaughton E, et al. Patterns of conservation and change in honey bee developmental genes. Genome Res 2006; 16(11): 1376-84. 7. Nunes MF, Valente V, Sousa JF, Cunha M, Pinheiro DG, Maia RM, et al. The use of Open Reading frame ESTs (ORESTES) for analysis of the honey bee transcriptome. BMC Genomics 2004; 5(1): 84-96. 8. Gupta U, Cook JC, Tassinari MS, Hurtt ME. Comparison of developmental toxicology of aspirin (Acetylsalicylic Acid) in rats using selected dosing paradigms. Birth Defects Res B Dev Reprod Toxicol 2003; 68(1): 27-37. 9. Bal J, Siedlecki JA. Prognozowanie i leczenie chorób genetycznie uwarunkowanych. [W:] Bal J, red. Badania molekularne i cytogenetyczne w medycynie. Elementy genetyki klinicznej. Warszawa: Wydawnictwo Springer PWN; 1998: 175-185. 10. Góras-Hetmańczyk L. Obserwacje doświadczalne nad osłonowym działaniem SEPOLU P w stosunku do płodu narażonego na związki embriotoksyczne. Rozprawa doktorska. Śląska Akademia Medyczna, Sosnowiec, 2001. 11. Marquradt W. Obserwacje doświadczalne nad osłonowym działaniem DNA z czerwiu pszczelego w stosunku do płodu narażonego na związki embriotoksyczne. Rozprawa doktorska. Śląska Akademia Medyczna, Sosnowiec, 2006. 12. Rzepecka-Stojko A. Zastosowanie standaryzowanych obnóży pszczelich w działaniu osłonowym w modelowym badaniu embriotoksyczności. Rozprawa doktorska, Śląska Akademia Medyczna, Sosnowiec, 1996. 13. Hankey GJ, Eikelboom JW. Aspirin for primary prevention of cardiovascular events. MJA 2002; 177(7): 343-344. 14. Clegg A. Aspirin dose and cardiovascular disease prevention. JAMA 2007; 298(6): 625-6. 15. Goel A, Chang DK, Ricciardiello L, Gasche C, Bolan CR. A novel mechanism for aspirin-mediated growth inhibition of human colon cancer cells. Clin Can Res 2003; 9: 383-390.