Hematotoxicity of Mixed-Metal Complex [Cu(dmen)2][Fe(CN)5(NO)]

  • Authors: I.V. Belinska, Т.V. Rybalchenko, V.M. Kokozey, N.O. Karpezo, O.M. Gurnyak, V.K. Rybalchenko
  • UDC: 576.31+612.1+615.9
Download attachments:

І.В. Бєлінська, к.біол.н., Т.В. Рибальченко, к.біол.н., В.М. Кокозей, д.хім.н., Н.О.Карпезо, к.біол.н., О.М. Гурняк, к.біол.н., В.К. Рибальченко, д.біол.н

Київський національний університет імені Тараса Шевченка, м.Київ

SUMMARY. The mixed-metal Cu/Fe complex [Cu(dmen)2][Fe(CN)5(NO)] (dmen N,N-dimethylethylenediamine, code KL447) contains copper (II) and iron (II). KL447 at doses of 2.5 and 25 mg/kg, which does not exceed the therapeutic dose of iron, does not affect the blood parameters of rats after a month of administration. There were investigated hematotoxicity of KL447 in dose 100 mg/kg, which exceeds the iron content of the therapeutic dose is 4 times, and copper — to 200-fold, during month of the introduction shows a significant decrease in the concentration of hemoglobin and red blood cell count in the blood, mean hemoglobin concentration in red blood cells, the number of reticulocytes and the mean volume of red blood cells significantly increased. Such changes suggest development of hemolytic anemia. The effect of KL447 leads to an increase in the number of eosinophils in the blood, other parameters of leukocytes (total and leukocyte composition) in all studied doses do not change.
Key words: mixed-metal Сu/Fe complex, hematotoxicity, red blood cells, leykocytes.

Різнометалічні комплексні сполуки, що містять два або більше різних за природою металів в одній сполуці, можуть мати меншу токсичність у порівнянні з оксидами або солями цих металів [1-3], що надає перевагу при їх використанні в біології та медицині [4]. В попередніх дослідженнях показано, що ці сполуки мають мембранотропну активність (взаємодіють з природними і штучними мембранами, змнінюють активність мембранозв'язаних ферментів) [5], антимікробні, фунгіцидні [6] та протипухлинні властивості [7]. Саме це і дозволяє розглядати їх як потенційні лікувальні речовини

Різнометалічний комплекс [Cu(dmen)2] [Fe (CN)5(NO)] (dmen N,N-диметилетилендіамін, код KL447) був одержаний прямим синтезом у міжфакультетській НДЛ "Біологічно активні речовини" Київського національного університету імені Тараса Шевченка, містить іони міді (ІІ) і заліза (ІІ). КL447 і нітропрусид натрію [Cu(dmen)2][Fe(CN)5(NO)]•2H2O) мають однаковий аніон. Нітропрусид є донором оксиду азоту і судинорозширювальним препаратом [8]. Введення до складу цієї сполуки міді може змінити її властивості. Адже доведено: введення до складу існуючих антибіотиків іонів різних металів (Сu, Co, Ni, Zn) підсилює антимікробну дію останніх [9]. КL447 впливає на метаболізм заліза і міді [10], які, в свою чергу, відіграють важливу роль у диференціюванні та функціонуванні клітин крові [11]. Виходячи з цього, дослідження ймовірних ефектів даного комплексу на клітини крові є актуальним.

Метою даної роботи було дослідити вплив різних доз КL447 на показники крові щурів після місячного введення для встановлення гематоксичної дії даної сполуки.

Матеріали і методи дослідження. Досліди проведені на безпородних білих самках щурів з початковою масою 160-190 г. Щурів утримували при стандартному світловому дні на нормальному харчовому раціоні. KL447 розводили у дистильованій воді в дозах 2,5, 25 і 100 мг/кг та вводили зондом per os протягом 4-х тижнів (5 днів на тиждень) вранці до годування тварин. KL447 у дозі 25 мг/кг містить 3 мг/кг заліза, що відповідає терапевтичній дозі, і 3,5 мг/кг міді. Доза 100 мг/кг перевищує за вмістом заліза терапевтичну дозу у 4 рази, а міді — майже у 200 раз. Щурам контрольної групи вводили per os дистильовану воду. В кожній групі було по 8 щурів. Показники крові визначали загальноприйнятими методами перед дослідом (вихідні показники) та після місячного введення досліджуваної речовини.

Математичну обробку експериментальних даних проводили з використанням програми SPSS-16.0. Для визначення вірогідних відмінностей між величинами використовували однофакторний дисперсійний аналіз з критерієм Даннета (q).

Результати досліджень та їх обговорення

Вихідні значення основних показників крові контрольної та експериментальних груп істотно не відрізняються і знаходяться в межах фізіологічних значень (табл. 1).

Таблиця 1

Вихідні показники (М± m) крові щурів

KL447 після місячного введення в дозах 2,5 і 25 мг/кг не впливає на концентрацію гемоглобіну і кількість еритроцитів у крові, а в дозі 100 мг/кг — призводить до вірогідного їх зниження (рис. 1, 2). Не виявлено істотного впливу KL447 у всіх досліджених дозах на гематокрит (рис. 3) і вміст гемоглобіну в еритроцитах (рис. 4).

Рис. 1. Вплив KL447 на концентрацію гемоглобіну в крові
Примітка: ** p<0,01 у порівнянні з контрольною групою

Рис. 2. Вплив KL447 на кількість еритроцитів
Примітка: * p<0,05 у порівнянні з контрольною групою

Рис. 3. Вплив KL447 на гематокрит

Рис. 4. Вплив KL447 на середній вміст гемоглобіну в еритроцитах (МСН)

У максимальній досліджуваній дозі KL447 призводить до зменшення середньої концентрації гемоглобіну в еритроцитах (рис. 5) і збільшення середнього об'єму еритроцитів (рис. 6) та кількості ретикулоцитів (рис. 7, 8A, 8Б). У всіх щурів у мазках крові виявляються 1-2 оксифільних або поліхроматофільних нормобластів (рис. 8 В) в середньому на 200 лейкоцитів, що свідчить про істотну стимуляцію еритроїдної ланки гемопоезу і виходу ядерних попередників еритроцитів із кістковго мозку в кров.

Рис. 5. Вплив KL447 на середню концентрацію гемоглобіну в еритроцитах (МСНС)
Примітка: *** p<0,001 у порівнянні з контрольною группою

Рис. 6. Вплив KL447 на динаміку середнього об'єму еритроцитів (МСV)
Примітка: *** p<0,001 у порівнянні з контрольною группою

Рис. 7. Вплив KL447 на кількість ретикулоцитів в крові Примітка: * p<0,05 у порівнянні з контрольною групою

Аналізуючи комплекс змін в еритроїдній лінії крові, можна припустити, що KL447 у дозі 100 мг/кг призводить до гемолізу еритроцитів, про що свідчить зменшення концентрації гемоглобіну і кількості еритроцитів у крові і компенсується збільшенням кількості ретикулоцитів. Оскільки ретикулоцити є молодими еритроцитами [11], вони мають більший об'єм, що підтверджується в даному дослідженні підвищенням середнього об'єму еритроцитів. Аналогічні результати одержано в наших попередніх дослідженнях експериментальної моделі анемії, яку створювали за допомогою крововтрат [12]. Крім того, в ретикулоцитах незавершений синтез гемоглобіну, тому ми реєструємо зменшення середньої концентрації гемоглобіну в еритроцитах (МСНС).

KL447 не впливає на загальну кількість лейкоцитів у крові в усіх досліджених дозах. У найменшій дозі 2,5 мг/кг дія KL447 призводить до еозинофілії, в дозах 25 і 100 мг/кг є тенденція до збільшення кількості еозинофілів. Інші показники лейкоцитарного складу не змінюються (табл.2). Із морфологічних особливостей лейкоцитів привертає увагу вакуолізація лімфоцитів (рис. 8 Г) і моноцитів крові. Якщо для моноцитів вакуолізація характерна в нормі, то для лімфоцитів є ознакою патологічних процесів: лейкозів, лімфопроліферативних [11] та метаболічних захворювань [14].

Таблиця 2

Вплив КL447 на кількість лейкоцитів і показники лейкограм щурів (М±m)

 

Токсичний вплив KL447 може бути обумовлений іонами міді та заліза, які входять до його складу. Відомо, що їх надлишок призводить до гемолізу еритроцитів [11, 13], оскільки вони каталізують утворення вільних радикалів, які взаємодіють з білками цитоскелета і мембран та запускають процес перекисного окиснення ліпідів. Необхідно зазначити, що токсична дія вказаних металів призводить до змін кількості нейтрофільних гранулоцитів. У наших же дослідженнях кількість цих клітин залишається в межах норми, хоча дози металів істотно перевищують терапевтичні та вводились протягом місяця. Це свідчить про меншу токсичність металів у складі комплексних сполук порівняно з ефектами їх простих солей.

Таким чином, різнометалічний комплекс KL447 [Cu(dmen)2][Fe(CN)5(NO)] у дозах 2,5 і 25 мг/кг, які не перевищують терапевтичні дози за вмістом заліза, протягом місячного введення істотно не впливає на показники крові щурів. Введення протягом місяця KL447 у дозі 100 мг/кг, яка в 4 рази перевищує терапевтичну дозу заліза і майже у 200 разів міді, призводить до зменшення концентрації гемоглобіну і кількості еритроцитів у крові, а також середньої концентрації гемоглобіну в еритроцитах, збільшення середнього об'єму еритроцитів та кількості ретикулоцитів, що може свідчити про розвиток гемолітичної анемії. Дія KL447 призводить до незначної еозинофілії та вакуолізації лімфоцитів, інші показники лейкоцитів (кількість і лейкоцитарний склад) істотно не змінюються.

ЛІТЕРАТУРА

1. Григор'єва Г.С. Координаційні сполуки d-перехідних металів / Г.С. Григор'єва Г.С., Л.М. Киричок // Современные проблемы токсикологии. — 1998. — №1 — с.21—24.

2. Параметри гострої токсичності хлоридного комплексу Cu/Zn з етилендіаміном при одноразовому введенні per os / І.Бєлінська, Т.Рибальченко, В.Кокозей, О.Нестерова // Вісник Київського національного університету. Біологія. — 2008. — Вип.52-53. — С.67—68.

3. Гематотоксичність хлоридного комплексу Cu/Zn з етилендіаміном при однократному введенні / І.В.Бєлінська, Т.В.Рибальченко, В.М.Кокозей [та ін.]/ Совр. Пробл. Токсикологии. — 2008. — №2. — С.20—24.

4. Gielen M. Metallotherapeutic drugs and metal-based diagnostic agents: The Use of Metals in Medicine / M. Gielen, E.R. Tiekink. //-John Wiley & Sons, 2005 — 561 р.

5. Мембранотропная активность гетерополиядерных комплексов Сu(II)/Co(II) с диэтаноламином / Е.М. Филинская, Т.В. Рыбальченко, Г.В. Островская [та ін.] // Доповіді НАН України. — 2008. — №7. — С.179—183.

6. Формування резистентності грамнегативних та грампозитивних тест-культур до ацетатного комплексу Cu/Cd з етилендіаміном / Т.М. Фурзікова, Н.В. Яворська, В.В. По-зур [та ін.] // Буковинський медичний вісник. — 2008. — Том 12, №2. — С.82—83.

7. Патент України на корисну модель № 36261, C01G 1/00, A61K 31/13, A61K 31/30. Застосування ацетатного комплексу міді та кадмію з етилендіаміном як протипухлинного та антиметастатичного засобу / В.М. Кокозей, Л.В. Гарманчук, О.В. Нестерова [та ін.]. — Бюл. № 20, 2008.

8. Newcomer S.C. Heterogeneous Vasodilator Responses of Human Limbs: Influence of Age and Habitual Endurance Training / S.C. Newcomer, U.A. Leuenberger, C.S. Hogeman, D.N. Proctor // Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. — 2005. —V.58, N1. — P.H308—H315.

9. Сhohan Z.H. Metal binding and antibacterial activity of ciprofloxacin complexes / Z.H. Сhohan, C.T. Supuran, A. Scozzafava // Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry. — 2005. — V. 20, N.3. — P.303—307.

10. Influence of the mixed-metal Cu/Fe complex [Cu(dmen)2][Fe(CN)5(NO)] (dmen N,N-dimethylethylenediamine) on serum iron and copper levels in experimental anemia of rats / I. Byelinska, T. Rybalcheko, V. Kokozay [et al.] // Annales universitatis Mariae Curie-Sclodowska. Lublin-Polonia. —2010. — Sectio DDD. — Vol. XXIII, N3. — P.221—225.

11. Williams Hematotlogy / M.A. Lichtman, T.J. Kipps, U. Seligsohn [et al.] — [8-th edition]. — USA: The McGraw-Hill Companies, 2010. — 2297 p.

12. Бєлінська І.В. Експериментальна анемія: динаміка показників крові і еритроцитарних індексів та вміст заліза і міді на піку анемії у щурів / І.В. Бєлінська // Український журнал гематології та трансфузіології. — 2010. — №5(10). — С. 36 — 42.

13. Hohenheim Consensus Workshop: Copper / K. Schumann, H.G. Classen, H.H. Dieter [et al.] // Eur. J. Clin. Nutr. — 2002. — V. 56, N. 6. — P. 469-483.

14. Anderson G. Blood film examination for vacuolated lymphocytes in the diagnosis of metabolic disorders; retrospective experience of more than 2500 cases from a single centre / G. Anderson, V.V. Smith, M. Malone, N.J. Sebire // J. Clin. Pathol. — 2005. — V.58. — P.1305-1310.

 

REFERENCES

1. Hryhor'eva H.S. Koordynacijni spoluky d-perekhidnykh metaliv / H.S. Hryhor'eva H.S., L.M. Kyrychok // Sovremennye problemy toksykolohyy. — 1998. — №1 — s.21—24.

2. Parametry hostroi toksychnosti khlorydnoho kompleksu Cu/Zn z etylendiaminom pry odnorazovomu vvedenni per os / I.Belins'ka, T.Rybal'chenko, V.Kokozej, O.Nesterova // Visnyk Kyivs'koho nacional'noho universytetu. Biolohiya. — 2008. — Vyp.52-53. — S.67—68.

3. Hematotoksychnist' khlorydnoho kompleksu Cu/Zn z etylendiaminom pry odnokratnomu vvedenni / I.V.Belins'ka, T.V.Rybal'chenko, V.M.Kokozej [ta in.]/ Sovr. Probl. Toksykolohyy. — 2008. — №2. — S.20—24.

4. Gielen M. Metallotherapeutic drugs and metal-based diagnostic agents: The Use of Metals in Medicine / M. Gielen, E.R. Tiekink. //-John Wiley & Sons, 2005 — 561 р.

5. Membranotropnaya aktivnost' geteropoliyadernykh kompleksov Su(II)/Co(II) s dietanolaminom / E.M. Filinskaya, T.V. Rybal'chenko, G.V. Ostrovskaya [ta іn.] // Dopovіdі NAN Ukraїni. — 2008. — №7. — S.179—183.

6. Formuvannya rezystentnosti hramnehatyvnykh ta hrampozytyvnykh test-kul'tur do acetatnoho kompleksu Cu/Cd z etylendiaminom / T.M. Furzikova, N.V. Yavors'ka, V.V. Po-zur [ta in.] // Bukovyns'kyj medychnyj visnyk. — 2008. — Tom 12, №2. — S.82—83.

7. Patent Ukrainy na korysnu model' № 36261, C01G 1/00, A61K 31/13, A61K 31/30. Zastosuvannya acetatnoho kompleksu midi ta kadmiyu z etylendiaminom yak protypukhlynnoho ta antymetastatychnoho zasobu / V.M. Kokozej, L.V. Harmanchuk, O.V. Nesterova [ta in.]. — Byul. № 20, 2008.

8. Newcomer S.C. Heterogeneous Vasodilator Responses of Human Limbs: Influence of Age and Habitual Endurance Training / S.C. Newcomer, U.A. Leuenberger, C.S. Hogeman, D.N. Proctor // Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. — 2005. —V.58, N1. — P.H308—H315.

9. Сhohan Z.H. Metal binding and antibacterial activity of ciprofloxacin complexes / Z.H. Сhohan, C.T. Supuran, A. Scozzafava // Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry. — 2005. — V. 20, N.3. — P.303—307.

10. Influence of the mixed-metal Cu/Fe complex [Cu(dmen)2][Fe(CN)5(NO)] (dmen N,N-dimethylethylenediamine) on serum iron and copper levels in experimental anemia of rats / I. Byelinska, T. Rybalcheko, V. Kokozay [et al.] // Annales universitatis Mariae Curie-Sclodowska. Lublin-Polonia. —2010. — Sectio DDD. — Vol. XXIII, N3. — P.221—225.

11. Williams Hematotlogy / M.A. Lichtman, T.J. Kipps, U. Seligsohn [et al.] — [8-th edition]. — USA: The McGraw-Hill Companies, 2010. — 2297 p.

12. Belins'ka I.V. Eksperymental'na anemiya: dynamika pokaznykiv krovi i erytrocytarnykh indeksiv ta vmist zaliza i midi na piku anemii u schuriv / I.V. Belins'ka // Ukrains'kyj zhurnal hematolohii ta transfuziolohii. — 2010. — №5(10). — S. 36 — 42.

13. Hohenheim Consensus Workshop: Copper / K. Schumann, H.G. Classen, H.H. Dieter [et al.] // Eur. J. Clin. Nutr. — 2002. — V. 56, N. 6. — P. 469-483.

14. Anderson G. Blood film examination for vacuolated lymphocytes in the diagnosis of metabolic disorders; retrospective experience of more than 2500 cases from a single centre / G. Anderson, V.V. Smith, M. Malone, N.J. Sebire // J. Clin. Pathol. — 2005. — V.58. — P.1305-1310.

Надійшла до редакції 17.08.2011 р.