CC BY
28
УДК 543.55+ 612.111
А. И. Шапиро1, A. K. Евсеев2*, В. А. Колесников1, Т. Г. Царькова1
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9
2Научно-исследовательский институт скорой помощи им. Н.В. Склифосовского, Москва, Россия 129010, Москва, Большая Сухаревская площадь, дом 3 * e-mail: anatolevseev@ gmail .com
ИССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ ЭРИТРОЦИТОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНОГО ITO ЭЛЕКТРОДА
Исследовано изменение морфологии эритроцитов при контакте с оптически прозрачным ITO электродом в зависимости от величины потенциала. Обнаружены обратимые морфологические переходы дискоцитов в эхиноциты и дискоцитов в стоматоциты в катодной и анодной области потенциалов соответственно. Найдены области необратимого, вплоть до полного разрушения, изменения клеток. Предположено, что явления изменения морфологии являются следствием транспорта электронов в системе клетка/электрод.
Ключевые слова: оптически прозрачный электрод, ITO, потенциал, морфология эритроцита.
В настоящее время одной из важных проблем является своевременная диагностика осложнений Известно, что нормальные эритроциты (дискоциты) могут подвергаться трансформации в дегенеративные формы (например, эхиноциты или стоматоциты в случае эритроцитов) при изменении температуры, концентрации электролита, величины рН, добавлении амфифильных и других агентов [1]. С электрохимических позиций важным было обнаружение корреляции между изменением морфологии эритроцитов и изменением трансмембранного потенциала [2].
С другой стороны, морфологические изменения эритроцитов могут происходить при непосредственном контакте с заряженными твердыми поверхностями, например, со стенкой сосуда или чужеродными материалами (например, металлическими стентами). Впервые предположение о влиянии потенциала поверхности твердой фазы на поведение клеток крови были сделаны Sawyer при исследовании процесса тромбообразования [3].
Целью настоящей работы являлось исследование влияния потенциала оптически прозрачного ITO электрода на морфологию эритроцитов в режиме реального времени.
В работе была использована трехэлектродная ячейка, на дне которой находился оптически прозрачный ITO электрод (Sigma-Aldrich, США) площадью 28,3 мм2, вспомогательным электродом являлся сажевый электрод, электродом сравнения хлорсеребряный электрод. Поляризационные измерения проводили с помощью потенциостата IPC Pro L (ЗАО «Кронас», Россия) в режиме циклической развертки потенциала со скоростью 10 мВ/с.
Суспензию эритроцитов, содержавшую 8-109 клеток/л, готовили разбавлением эритроцитарной массы практически здоровых добровольцев
изотоническим физиологическим раствором (0,15 М NaCl).
Морфологию эритроцитов исследовали с помощью инвертированного светового микроскопа Eclipse TS100 (Nikon, Япония) в режиме реального времени в зависимости от потенциала электрода.
Было обнаружено, что морфологическое состояние эритроцитов изменялось при изменении потенциала ITO электрода. Оказалось, что в зависимости от области потенциалов исходные нормальные эритроциты (дискоциты)
трансформировались в различные дегенеративные формы (эхиноциты, сфероциты, стоматоциты) (рис. 1). Важно, что каждая из морфологических форм образуется и существует в определенных диапазонах потенциалов.
В катодной области при потенциалах около -250 мВ наблюдалась трансформация дискоцитов в эхиноциты, которые при смещении потенциала к более отрицательным величинам трансформируются в сфероциты.
В анодной области трансформации эритроцитов не выявлено до потенциалов около +600 мВ. Весьма важный эффект заключающийся в трансформации эхиноцитов в дискоциты был обнаружен в диапазоне потенциалов от +600 мВ до +1200 мВ. В области потенциалов положительнее +1200 мВ наблюдалась трансформация дискоцитов в стоматоциты.
Важно также, что трансформация дискоцитов в дегенеративные формы являлась, как правило, обратимой. Так, при смене направления сканирования потенциала, либо отключении тока наблюдался переход эритроцита в исходное состояние.
Наконец, было найдено, что области потенциалов отрицательнее -350 и положительнее +1300 мВ соответствуют разрушению клеток.
Рис. 1. Морфологические изменения дискоцитов на ITO электроде. Стрелками выделены три исходных эхиноцита и изменения их морфологических форм, соответствующих различных потенциалам.
Наиболее вероятной причиной обнаруженных нами эффектов трансформации морфологических форм эритроцитов в системе клетка/электрод в зависимости от потенциала электрода является протекание процессов электровосстановления или электроокисления электроноакцепторных или электронодонорных функциональных групп, находящихся на поверхности мембран эритроцитов. Причиной разрушение клеток является, по нашему мнению, пробой мембраны при потенциалах отрицательнее -350 мВ и положительнее +1300 мВ.
Таким образом, обнаружены обратимые и необратимые изменения морфологических форм эритроцитов и разрушение клеток при различных величинах потенциала электрода. Обнаруженные эффекты могут быть использованы для разработки диагностических методов контроля состояния эритроцитов и, возможно, для улучшения их качества при длительном хранении.
«Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 14-2900194)»; Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева.
Анна Викторовна Шапиро студентка 4 курса факультета ТНВ и ВМ РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Евсеев Анатолий Константинович д.х.н., старший научный сотрудник лаборатории клеточных и физико-химических медицинских технологий НИИ СП им. Н.В. Склифосовского, Россия, Москва Колесников Владимир Александрович д.т.н., профессор, заведующий кафедры ТНВ и ЭП РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Царькова Татьяна Григорьевна к.х.н., профессор кафедры ТЭП РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Tachev K.D., Danov K.D., Kralchevsky P.A. On the Mechanism of Stomatocyte-Echinocyte Transformations of Red Blood Cells: Experiment and Theoretical Model // Colloids Surf. B: Biointerfaces. - 2004. - Vol. 34. - P. 123-140.
2. Glaser R. Erythrocyte shape as a function of membrane electric field // Stud. Biophys. - 1978.-Vol. 74.-P. 57-58.
3. Sawyer P.N. Effect of various metal interfaces on blood and other living cells // Ann. NY Acad. Sci. - 1968. -Vol. 146. - P. 49-65.
Shapiro Anna Igorevna1, Evseev Anatoly Konstantinovich*2, Kolesnikov Vladimir Alexandrovich1, Tsarkova Tatiana Grigorievna1
:D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. 2N.V. Sklifosovsky Research Institute for Emergency Medicine, Moscow, Russia * e-mail: [email protected]
ERYTHROCYTE MORPHOLOGY INVESTIGATION AT THE OPTICALLY TRANSPARENT ITO ELECTRODE SURFACE
Abstract
Erythrocyte morphology change under contact with optically transparent ITO electrode depending on electrode potential was investigated. Detected reversible morphological transitions of discocytes to echinocytes and discocytes to stomatocytes in cathodic and anodic potential region, respectively. The area irreversible, until the complete destruction of cells changes, were found. It is expected that the phenomena of morphology changes deals with the electron transport in the cell / electrode system. Key words: optically transparent electrode, ITO, potential, erythrocyte morphology.
