Кальцифицирующие наночастицы в патоморфогенезе структурного повреждения клапанов сердца Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2015 УДК 616.126.3-003.84-091.8-07

КАЛЬЦИФИЦИРУЮЩИЕ НАНОЧАСТИЦЫ В ПАТОМОРФОГЕНЕЗЕ СТРУКТУРНОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛАПАНОВ СЕРДЦА

ГуляевН.И.1, Коровин А.Е.1, Кусай А.С.1, Неворотин А.И.2

1ФГБОУ ВПО «Военно-медицинская академия им. С. М. Кирова» Минобороны России, 194044, г. Санкт-Петербург; 2ГБОУ ВПО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова» Минздрава России, 197022, г. Санкт-Петербург

Для корреспонденции: Гуляев Николай Иванович — канд. мед. наук, доц. каф. госпитальной терапии; e-mail: [email protected]

Уже более десяти лет кальцифицирующие наночастицы (КНЧ) считают формированиями, выявляемыми среди разнообразных наноструктур в образцах биоптатов, полученных у больных, которых оперируют по поводу пороков аортального клапана. Результаты настоящей работы, выполненной с применением высокоразрешающих трансмиссионных и сканирующих электронных микроскопов, в целом согласуются с данными других авторов. Помимо этого, результаты включают и элементы новизны. К таковым относятся адгезия КНЧ к коллагеновым волокнам, а также неглубокие инвагинации или кратеры своеобразной формы на поверхности последних. Также рассматриваются возможные патофизиологические механизмы, которые способствуют участию КНЧ в развитии заболевания.

Ключевые слова: кальцифицирующие наночастицы; коллагеновые волокна; кратеры; патофизиологические механизмы.

Для цитирования: Клин. мед. 2015; 93 (8): 63—64.

CALCIFYING NANOPARTICLES IN PATHOMORPHOGENESIS OF STRUCTURAL LESIONS OF HEART VALVES Gulyaev N.I.1, Korovin A.E.1, Kusay A.S.1, Nevorotin A.I.2

S.M. Kirov Military Medical Academy, Russian Ministry of Defense, Sankt-Peterburg; I.P. Pavlov First Sankt-Peterburg

State Medical University, Sankt-Peterburg, Russia

Correspondence to: Nikolaiy I. Gulaev — MD, PhD; e-mail: [email protected]

Over the last 10 years, calcifying nanoparticles (CNP) have attracted attention as structures detected, together with many other nanostructures, in biopsies from patients operated for the correction of aortic valve malformations. The results of the present work performed with the use of high-resolution transmission and scanning electron microscopes agree on the whole with the data of other authors. Some new findings include CNP adhesion to collagen fibers and specifically-shaped shallow invaginations or craters at their surface. The possible pathophysiological mechanisms that promote involvement of CNP in the development of the disease are considered.

Key words: calcifying nanoparticles; collagen fibers; craters; pathophysiological mechanisms.

Citation: Klin. med. 2015; 93 (8): 63—64. (in Russian)

Кальцифицирующие наночастицы (КНЧ) неоднократно обнаруживали на ультрамикроскопическом уровне в кальцинатах митрального и аортального клапанов при ревматизме и сенильном аортальном стенозе [1—3]. Характерной особенностью КНЧ является размер не более 300 нм (по некоторым данным, отдельные частицы могут достигать 2 мкм) [4]. Выявляются они как на поверхности крупных кальцинатов, так и в ин-терстиции.

Результаты настоящего исследования подтверждают полученные ранее данные и уточняют ряд деталей, выявленных с использованием высокоразрешающих электронных микроскопов.

Материал и методы

Исследовали биопсийный материал, полученный в ходе оперативного вмешательства по поводу замены аортального клапана у 10 больных (7 мужчин и 3 женщин) в возрасте от 60 до 82 лет.

Для трансмиссионной электронной микроскопии (ТЭМ) материал фиксировали в смеси 3% раствора глу-тарового альдегида и 4% раствора параформальдегида на фосфатном буфере (рН 7,2—7,4) в течение 6 ч при

0С, а после промывки тем же буфером постфиксирова-ли в забуференном 1% растворе четырехокиси осмия, обезвоживали и заливали в смесь эпона с аралдитом (1:1). Ультратонкие (200—300 нм) срезы контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца, изучали в электронном микроскопе JEM-100СХ (JEOL, Япония) при ускоряющем напряжении 80 кВ на базе научно-исследовательской лаборатории электронной микроскопии и гистохимии научно-исследовательского отдела медико-биологических исследований научно-исследовательского центра Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова.

Для сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) клапаны, фиксированные так же, как и для ТЭМ, обезвоживали, высушивали при критической точке с использованием устройства НСР-2 («Hitachi», Япония), анализировали и изучали в сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM35С (JEOL, Япония) при ускоряющем напряжении 7 и 15 кВ.

Результаты и обсуждение

На электронограммах кальцинированных створок клапана аорты (ТЭМ и СЭМ) регулярно обнаружива-

КЛИНИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА, № 8, 2015

63

ли как различные клеточные элементы (фибробласты, пенистые клетки, макрофаги, нейтрофильные лейкоциты; рис. 1, 2, см. вклейку), так и крупные полиморфные депозиты солей кальция (рабочее название «кальцина-ты» — calcinates) разного размера (рис. 3, см. вклейку), включая КНЧ (рис. 4, см. вклейку).

По строению и размеру частицы полностью соответствовали «классическим» КНЧ (рис. 5, 6, см. вклейку) [4].

Особенностью относительно крупных кальцинатов (кластерных колоний КНЧ) диаметром 1—5 мкм является наличие на некоторых из них углублений (кратеров) разного диаметра и различной глубины (рис. 7, см. вклейку).

Подобные кальцинаты, или кластерные колонии, были описаны ранее [5]. Однако, насколько нам известно, на наличии кратеров внимание исследователей не акцентировалось. Что касается единичных КНЧ, то в подавляющем большинстве случаев они находились на поверхности кальцината (рис. 8, см. вклейку) или были окружены коллагеновыми волокнами (рис. 9, см. вклейку).

Результаты исследования в целом подтверждают данные, полученные в предыдущих работах [1]. В частности, как единичные КНЧ, так и их скопления были обнаружены во всех исследованных биоптатах. Новым фактом в настоящей работе оказалась идентификация кратеров, которые, хотя и видны на электронограммах других авторов [6], но представлены без комментариев (рис. 10, см. вклейку).

Что касается возможного патогенетического значения КНЧ, то, вероятнее всего, благодаря существенному увеличению их поверхности за счет наличия кратеров на их поверхности достигается и их повышенная адгезивная способность к различным структурам пораженного клапана. Нельзя исключить, что сами КНЧ, в первую очередь контактирующие с коллагеновыми волокнами, способствуют за счет сульфатированных гликопротеинов коллагена формированию кристаллических и кристаллоподобных структур в матриксе

клапана [4]. Этот вопрос заслуживает отдельного исследования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Bratos-Perez M.A., Sanchez P.L., Garcia de Cruz S., Villacorta E., Palacios I.F., Fernandez-Fernandez J.M. et al. Association between self-replicating calcifying nanoparticles and aortic stenosis: a possible link to valve calcification. Eur. Heart. J. 2008; 29(3): 371—6.

2. Jelic T.M., Chang H.H., Roque R., Malas A.M., Warren S.G., Sommer A.P. Nanobacteria-associated calcific aortic valve stenosis. J. Heart. Valve. Dis. 2007; 16(1): 101—5.

3. Barba I., Villacorta E., Bratos-Perez M.A., Antolin M., Varela E., Sanchez P.L., Tornos P., Garcia-Dorado D. Aortic valve-derived calcifyng nanoparticles: no evidence of life. Rev. Esp. Cardiol. (Engl. Ed.) 2012; 65(9): 813—8.

4. Kajander E.O., Kurpnen J., Akerman K., Pelttari A., Ciftcioglu N. Nanobacteria from blood the smallest cubturable automously replicating agent on Earth. Science. 1997, 3111: 420—8.

5. Folk R.L., Lynch F.L. Carbonaceous objects resembling nannobac-teria in the Allende meteorite. Proc. Intern. Symp. on Optical Science, Engineering, and Instrumentation (SPIE). 1998; 3441: 112—22.

6. Волкова Н.К. Исследование биоминерализационного геоэкологического фактора в подземных водах Томского района: Дисс. ... канд. геол.-минерал. наук. Томск; 2006.

7. Scott J.E. Structure and function in extracellular matrices depend on interactions between anionic glycosaminoglycans. Pathol. Biol. (Paris). 2001; 49(4): 284—9.

REFERENCES

1. Bratos-Perez M.A., Sanchez P.L., Garcia de Cruz S., Villacorta E., Palacios I.F., Fernandez-Fernandez J.M. et al. Association between self-replicating calcifying nanoparticles and aortic stenosis: a possible link to valve calcification. Eur. Heart. J. 2008; 29(3): 371—6.

2. Jelic T.M., Chang H.H., Roque R., Malas A.M., Warren S.G., Sommer A.P. Nanobacteria-associated calcific aortic valve stenosis. J. Heart. Valve. Dis. 2007; 16(1): 101—5.

3. Barba I., Villacorta E., Bratos-Perez M.A., Antolin M., Varela E., Sanchez P.L., Tornos P., Garcia-Dorado D. Aortic valve-derived calcifyng nanoparticles: no evidence of life. Rev. Esp. Cardiol. (Engl. Ed.) 2012; 65(9): 813—8.

4. Kajander E.O., Kurpnen J., Akerman K., Pelttari A., Ciftcioglu N. Nanobacteria from blood the smallest cubturable automously replicating agent on Earth. Science. 1997, 3111: 420—8.

5. Folk R.L., Lynch F.L. Carbonaceous objects resembling nannobac-teria in the Allende meteorite. Proc. Intern. Symp. on Optical Science, Engineering, and Instrumentation (SPIE). 1998; 3441: 112—22.

6. Volkova N.K. The study biomineralization geological factor in groundwater in the Tomsk region: Diss. .. .Tomsk; 2006. (in Russian

7. Scott J.E. Structure and function in extracellular matrices depend on interactions between anionic glycosaminoglycans. Pathol. Biol. (Paris). 2001; 49(4): 284—9.

Поступила (received) 05.01.15

64

КЛИНИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА, № 8 , 2015