RU2726074C1 - Method of measuring concentration of reactive oxygen species (ros) in a subcutaneous tumor of living experimental animals - Google Patents
Method of measuring concentration of reactive oxygen species (ros) in a subcutaneous tumor of living experimental animals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2726074C1 RU2726074C1 RU2019144513A RU2019144513A RU2726074C1 RU 2726074 C1 RU2726074 C1 RU 2726074C1 RU 2019144513 A RU2019144513 A RU 2019144513A RU 2019144513 A RU2019144513 A RU 2019144513A RU 2726074 C1 RU2726074 C1 RU 2726074C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tumor
- nanoelectrode
- concentration
- ros
- measuring
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Заявляемое изобретение относится к области биомедицины и касается способов реализации прижизненных наблюдений за уровнем активных форм кислорода (АФК) в органах и тканях и может быть использовано при скрининге для оценки свойств опухолевого микроокружения, а также влияния противоопухолевых препаратов на опухолевые клетки.The claimed invention relates to the field of biomedicine and relates to methods for implementing intravital observations of the level of reactive oxygen species (ROS) in organs and tissues and can be used in screening to assess the properties of the tumor microenvironment, as well as the effect of antitumor drugs on tumor cells.
АФК являются жизненно необходимыми метаболитами в многочисленных биологических функциях. Нарушение клеточных механизмов может привести к перепроизводству АФК и вызвать окислительное повреждение ДНК, белков, клеток и тканей, которое связано с патогенезом ряда нейродегенеративных и воспалительных заболеваний.ROS are vital metabolites in numerous biological functions. Violation of cellular mechanisms can lead to the overproduction of ROS and cause oxidative damage to DNA, proteins, cells and tissues, which is associated with the pathogenesis of a number of neurodegenerative and inflammatory diseases.
Уровень техникиState of the art
Известно, что почти во всех злокачественных новообразованиях присутствуют АФК в повышенной концентрации, которые способствуют развитию и прогрессии опухоли. Однако опухолевые клетки также экспрессируют повышенные уровни антиоксидантных белков (ферментов). Этот факт свидетельствует о том, что для нормального функционирования опухолевых клеток необходим баланс во внутриклеточном уровне АФК. Кроме того, большое значение играет тип генерируемой АФК, место его образования в опухоли и локальная концентрация. В связи с этим, необходим чувствительный метод, который позволил бы исследовать уровень АФК в конкретной точке опухоли в животном. На данный момент этому требованию удовлетворяют электрохимические методы определения АФК.It is known that in almost all malignant neoplasms, ROS are present in high concentrations, which contribute to the development and progression of the tumor. However, tumor cells also express elevated levels of antioxidant proteins (enzymes). This fact indicates that for the normal functioning of tumor cells, a balance is necessary in the intracellular level of ROS. In addition, the type of ROS generated, the place of its formation in the tumor, and local concentration are of great importance. In this regard, a sensitive method is needed that would allow us to study the level of ROS at a specific point in the tumor in the animal. At the moment, this requirement is met by electrochemical methods for the determination of ROS.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ определения уровня АФК, раскрытый в патенте РФ №2647464 и используемый в дальнейшем для определения цитотоксичности веществ по изменению уровня внутриклеточных АФК. В известном способе определение уровня АФК проводят на клетках, расположенных на твердой подложке. Определение уровня АФК проводят путем ввода внутрь клетки заполненного углеродом кварцевого нанокапилляра, содержащего платину в полости острия нанокапилляра, имеющего форму усеченного конуса, с последующим определением изменения сигнала, вызванного электрохимической реакцией на острие капилляра с участием АФК.Closest to the technical nature of the claimed invention is a method for determining the level of ROS disclosed in the patent of the Russian Federation No. 2647464 and used in the future to determine the cytotoxicity of substances by changing the level of intracellular ROS. In the known method, the determination of the level of ROS is carried out on cells located on a solid substrate. The determination of the ROS level is carried out by introducing into the cell a carbon-filled quartz nanocapillary containing platinum in the cavity of the tip of the nanocapillary having the shape of a truncated cone, followed by determining the signal change caused by the electrochemical reaction to the tip of the capillary with the participation of ROS.
Известный способ имеют такие признаки, совпадающие с существенными признаками предлагаемого технического решения, как измерение АФК с помощью заполненного углеродом кварцевого нанокапилляра, содержащего платину в полости острия нанокапилляра, имеющего форму усеченного конуса, с последующим определением изменения сигнала, вызванного электрохимической реакцией на острие капилляра с участием АФК.The known method has such signs that coincide with the essential features of the proposed technical solution, such as measuring ROS using a carbon-filled quartz nanocapillary containing platinum in the cavity of the tip of a nanocapillary having the shape of a truncated cone, followed by determining the signal change caused by an electrochemical reaction to the tip of the capillary with the participation AFC.
Недостатком известного способа является невозможность проведения измерений АФК внутри подкожной опухоли экспериментального животного.The disadvantage of this method is the inability to measure ROS inside the subcutaneous tumor of an experimental animal.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Техническая проблема, решаемая посредством заявляемого изобретения, заключается в необходимости преодоления недостатков, присущих аналогам, за счет создания способа определения концентрации АФК в подкожной опухоли экспериментальных животных, обеспечивающего возможность измерения в выбранном участке опухоли.The technical problem solved by the claimed invention lies in the need to overcome the disadvantages inherent in analogues, by creating a method for determining the concentration of ROS in the subcutaneous tumor of experimental animals, which allows measurement in a selected area of the tumor.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в обеспечении возможности определения концентрации АФК внутри опухоли живого экспериментального животного в заданной точке с высоким пространственным и временным разрешением с помощью наноэлектрода при потенциале +800 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения, что позволит получить полную картину распределения АФК в объеме опухоли.The technical result achieved by using the claimed invention consists in providing the ability to determine the concentration of ROS inside the tumor of a living experimental animal at a given point with high spatial and temporal resolution using a nanoelectrode at a potential of +800 mV relative to the silver chloride reference electrode, which will allow to obtain a complete picture of the distribution of ROS in the volume of the tumor.
Поставленная задача решается тем, что способ измерения концентрации АФК в подкожной опухоли экспериментальных животных включает последовательное выполнение следующих этапов:The problem is solved in that the method of measuring the concentration of ROS in the subcutaneous tumor of experimental animals involves the sequential execution of the following steps:
1) предварительная подготовка живых экспериментальных животных с подкожно привитой опухолью, для чего животных наркотизируют посредством внутрибрюшинного введения раствора золетила (50-75 мг/кг) с ксилазином (5-7,5 мг/кг),1) preliminary preparation of live experimental animals with a subcutaneous inoculated tumor, for which the animals are anesthetized by intraperitoneal administration of a solution of zoletil (50-75 mg / kg) with xylazine (5-7.5 mg / kg),
2) обеспечение доступа к подкожной опухоли животного, для чего проводят разрез кожи по линии позвоночника и отделяют кожную складку с опухолью от прилегающих тканей, проводят прижигание кровеносных сосудов в местах разреза и очищают опухоль от капсулы посредством удаления ее верхних слоев,2) providing access to the subcutaneous tumor of the animal, for which a skin incision is made along the spine and the skin fold with the tumor is separated from adjacent tissues, blood vessels are cauterized at the incision sites and the tumor is cleaned from the capsule by removing its upper layers,
3) формирование ванночки для проведения исследования из кожной складки и подкожной мускулатуры спины животного, для чего края кожной складки приподнимают и закрепляют с помощью шовного материала,3) the formation of the bath for research from the skin folds and subcutaneous muscles of the back of the animal, for which the edges of the skin folds are lifted and fixed with suture material,
4) заполнение ванночки фосфатно-солевым буфером с рН 7.4,4) filling the bath with phosphate-buffered saline with a pH of 7.4,
5) подготовка измерительного наноэлектрода, представляющего собой нанопипетку, заполненную пиролитическим углеродом с осажденной на нем платиной, с предварительной калибровкой наноэлектрода по пероксиду водорода,5) preparation of a measuring nanoelectrode, which is a nanopipette filled with pyrolytic carbon with platinum deposited on it, with preliminary calibration of the nanoelectrode with hydrogen peroxide,
6) размещение экспериментального животного на предметном столике микроскопа, установка измерительного наноэлектрода в держателе интравитально-электрохимического модуля (ИВЭХ-модуля), взаимное позиционирование опухоли и измерительного наноэлектрода, помещение хлорсеребряного электрода сравнения в ванночку с раствором фосфатно-солевого буфера, подключение его к измерительной системе,6) placing the experimental animal on the stage of the microscope, installing the measuring nanoelectrode in the holder of the intravital electrochemical module (IVEC module), the relative positioning of the tumor and the measuring nanoelectrode, placing the silver chloride comparison electrode in a bath with a solution of phosphate-saline buffer, connecting it to the measuring system ,
7) подача линейной развертки потенциала от -800 мВ до +800 мВ,7) linear potential sweep supply from -800 mV to +800 mV,
8) пошаговое введение наноэлектрода в опухоль на заданную глубину под заданным углом и измерение силы тока при +800 мВ для исследования концентрации АФК на каждом шаге погружения наноэлектрода,8) the step-by-step introduction of the nanoelectrode into the tumor at a given depth at a given angle and measuring the current strength at +800 mV to study the concentration of ROS at each step of immersion of the nanoelectrode
9) определение значения концентрации АФК в опухоли по соответствующей калибровочной кривой.9) determination of the concentration of ROS in the tumor according to the corresponding calibration curve.
Для реализации способа используют мышей линии BALB/c с подкожно привитыми опухолями карциномы молочной железы мыши 4Т1. Экспериментальное животное подвергают дополнительному наркозу через установленный в хвостовую вену животного катетер. При увеличении концентрации АФК происходит увеличение тока, поскольку вблизи рабочей поверхности электрода происходит увеличение числа молекул пероксида водорода, которые окисляются при потенциале +800 мВ. Глубина погружения наноэлектрода в опухоль, как правило, составляет 1-3 мм.To implement the method, BALB / c mice with subcutaneously inoculated tumors of mouse mammary carcinoma 4T1 are used. The experimental animal is subjected to additional anesthesia through a catheter installed in the tail vein of the animal. With increasing concentration of ROS, an increase in current occurs, since near the working surface of the electrode there is an increase in the number of hydrogen peroxide molecules that are oxidized at a potential of +800 mV. The immersion depth of the nanoelectrode in the tumor, as a rule, is 1-3 mm.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами и изображениями.The invention is illustrated by the following drawings and images.
На фиг. 1 приведена схема расположения опухоли, подкожно привитой мыши линии BALB/c.In FIG. Figure 1 shows the location of the tumor, subcutaneously inoculated with the BALB / c mouse.
На фиг. 2 схематично представлены подготовленное к измерению экспериментальное животное и измерительная система для реализации заявляемого способа.In FIG. 2 schematically presents an experimental animal prepared for measurement and a measuring system for implementing the inventive method.
На фиг. 3 приведено изображение наноэлектрода.In FIG. 3 shows an image of a nanoelectrode.
На фиг. 4 приведена микрофотография кончика наноэлектрода.In FIG. 4 shows a micrograph of the tip of the nanoelectrode.
На фиг. 5 представлен пример калибровочной кривой, построенной для расчета концентрации пероксида водорода по силе тока.In FIG. Figure 5 shows an example of a calibration curve constructed to calculate the concentration of hydrogen peroxide by current.
На фиг. 6 представлены результаты измерений концентрации АФК при проникновении в опухоль.In FIG. 6 presents the results of measurements of the concentration of ROS upon penetration into the tumor.
Позициями на чертежах обозначены:The positions in the drawings indicate:
1. Место имплантации опухоли экспериментальному животному (латеральнее срединной линии)1. Place of tumor implantation in an experimental animal (lateral to the midline)
2. Место имплантации опухоли экспериментальному животному (краниально от основания хвоста)2. The place of tumor implantation in an experimental animal (cranially from the base of the tail)
3. Опухоль3. The tumor
4. Венозный катетер4. Venous catheter
5. Кожная складка с опухолью5. Skin fold with a tumor
6. Шовный материал6. Suture material
7. Хлорсеребряный электрод сравнения7. Silver chloride reference electrode
8. Наноэлектрод8. Nanoelectrode
9. Лейкопластырь9. Adhesive plaster
10. Усилитель тока10. Current amplifier
11. Микроманипулятор11. The micromanipulator
12. Платформа для создания ванночки12. Platform for creating a bath
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Ниже представлено подробное описание изобретения. Специалисту понятно, что нижеприведенное описание осуществления настоящего изобретения носит исключительно пояснительный характер и не ограничивает объем притязаний, заявленных в формуле изобретения.The following is a detailed description of the invention. The specialist is clear that the following description of the implementation of the present invention is purely explanatory and does not limit the scope of the claims claimed in the claims.
Заявляемый способ реализуют в несколько этапов.The inventive method is implemented in several stages.
1) предварительная подготовка экспериментальных животных с подкожно привитой опухолью1) preliminary preparation of experimental animals with subcutaneous inoculated tumor
Для проведения измерений АФК в опухоли брали лабораторных мышей. При проведении экспериментальных работ по реализации заявляемого способа были проанализированы опухоли различного размера - от 15 до 80 мм2 - для выявления наиболее оптимального. Было установлено, что опухоли, площадь которых превышала 40 мм2, не подходят для данного вида исследований, поскольку такие опухоли имеют очень развитую разветвленную систему кровеносных сосудов, что затрудняет их подготовку. Что касается опухолей, площадь которых не превышала 25 мм2, то их использование для работы также представлялось неоптимальным, поскольку в силу своих размеров они обладали ограниченным количеством мест для введения наноэлектрода (1-2 измерений на опухоль). В связи с этим для проведения исследований по измерению АФК использовали опухоли площадью 25-40 мм2. Для этого мышам подкожно вводили 0,5×106-1,5×106 опухолевых клеток и через 7-8 дней проводили эксперименты. Для того, чтобы обеспечить доступ наноэлектрода к максимальной площади поверхности опухоли, ее следует имплантировать на расстоянии 0,7-1 см латеральнее срединной линии (линии позвоночника) и 2,5-3,5 см краниально от основания хвоста животного (Фиг. 1).Laboratory mice were used to measure ROS in the tumor. When conducting experimental work on the implementation of the proposed method were analyzed tumors of various sizes - from 15 to 80 mm 2 - to identify the most optimal. It was found that tumors, the area of which exceeded 40 mm 2 , are not suitable for this type of research, since such tumors have a very developed branched system of blood vessels, which complicates their preparation. As for tumors, the area of which did not exceed 25 mm 2 , their use for work also seemed to be not optimal, because, due to their size, they had a limited number of places for introducing a nanoelectrode (1-2 measurements per tumor). In this regard, tumors with an area of 25–40 mm2 were used to conduct research on the measurement of ROS. For this, mice were injected subcutaneously with 0.5 × 10 6 -1.5 × 10 6 tumor cells and experiments were performed after 7-8 days. In order to ensure access of the nanoelectrode to the maximum surface area of the tumor, it should be implanted at a distance of 0.7-1 cm lateral to the midline (spine line) and 2.5-3.5 cm cranially from the base of the tail of the animal (Fig. 1) .
Для обеспечения общей анестезии экспериментальных животных при реализации заявляемого способа используют дозу 50-75 мг/кг золетила в смеси с ксилазином 5-7,5 мг/кг. Указанная доза обеспечивает адекватное наркотизирование животного на протяжении 40-90 минут. Поддерживающая доза составляла 10% от исходной; ее введение каждые 30-60 минут позволяло проводить исследования на протяжении 3-6 ч.To ensure general anesthesia of experimental animals, the dose of 50-75 mg / kg of zoetil mixed with xylazine 5-7.5 mg / kg is used when implementing the proposed method. The specified dose provides adequate anesthesia of the animal for 40-90 minutes. The maintenance dose was 10% of the initial; its introduction every 30-60 minutes allowed to conduct research for 3-6 hours
2) обеспечение доступа к подкожной опухоли животного2) providing access to the subcutaneous tumor of the animal
Животное укладывают на живот на операционный столик. Предпочтительно, чтобы столик был оборудован камерой для поддержания температуры тела животного, а также подвижными светодиодными лампами и увеличительным стеклом. В хвостовую вену животного вводят катетер, через который осуществляются инъекции дополнительной смеси золетила с ксилазином в течение эксперимента. Конечности животного фиксируют на поверхности столика при помощи кожного пластыря Blenderm. Хирургическое вмешательство начинают, убедившись в том, что животное находится в глубоком наркозе (замедленное дыхание, торможение сухожильных и вибрисс-рефлексов). Несмотря на то, что перед имплантацией опухоли зону инъекции выбривают, на момент проведения измерений шерсть отрастает, кроме того, электробритва не может полностью удалить волосяной покров. В то же время попадание даже мелких волос на поверхность препарата ограничивает рабочую зону для исследования. В связи с этим перед разрезом поверхность кожи обрабатывают минеральным маслом, которое уменьшает вероятность попадания шерсти на инструменты и позволяет добиться чистоты препарата. Разрез проводят при помощи ножниц и пинцета вдоль линии позвоночника от основания хвоста вверх на 3-5 см. Отклонение от срединной линии может привести к кровотечению. Остановку кровотечения в этом и других случаях осуществляют коагулятором.The animal is placed on its stomach on an operating table. Preferably, the table is equipped with a camera to maintain the body temperature of the animal, as well as movable LED lamps and a magnifying glass. A catheter is inserted into the tail vein of the animal, through which injections of an additional mixture of zoetil with xylazine are carried out during the experiment. The limbs of the animal are fixed on the surface of the table using a Blenderm skin patch. Surgical intervention is started, making sure that the animal is in deep anesthesia (slow breathing, inhibition of tendon and vibriss reflexes). Despite the fact that before the implantation of the tumor, the injection zone is shaved, at the time of the measurement, the hair grows back, in addition, the electric shaver cannot completely remove the hair. At the same time, even small hair getting on the surface of the preparation limits the working area for research. In this regard, before the cut, the skin surface is treated with mineral oil, which reduces the likelihood of wool getting on the tools and allows you to achieve the purity of the drug. The incision is carried out using scissors and tweezers along the line of the spine from the base of the tail upwards by 3-5 cm. Deviation from the midline can lead to bleeding. The bleeding stop in this and other cases is carried out by a coagulator.
3) формирование ванночки для проведения исследования из кожной складки и подкожной мускулатуры спины животного3) the formation of the bath for research from the skin folds and subcutaneous muscles of the back of the animal
Вокруг опухоли создают специальную ванночку, имеющую достаточно протяженные (3-5 см в длину и 2-3 см в ширину) размеры, высотой 0,5-0,7 см. Это связано с тем, что небольшая или узкая ванночка, а также высокие стенки ванночки могут препятствовать движению наноэлектрода, закрепленного в держатель под углом 45°, приводя при этом к большим погрешностям измерений. С одной стороны краем ванночки служит мускулатура спина мыши, с другой - кожная складка.Around the tumor create a special bath with sufficiently long (3-5 cm long and 2-3 cm wide) sizes, 0.5-0.7 cm high. This is due to the fact that a small or narrow bath, as well as high the walls of the bath can impede the movement of the nanoelectrode fixed in the holder at an angle of 45 °, leading to large measurement errors. On the one hand, the muscles of the back of the mouse serve as the edge of the bath, and on the other, the skin fold.
Для формирования ванночки при помощи двух пинцетов с загнутым краем отделяют кожный лоскут с опухолью, отрезая ножницами соединительно-тканные пленки. При этом следует избегать прямого контакта инструментов с поверхностью опухоли, а также повреждения сосудов. Убедившись, что выделенный кожный лоскут позволяет экспонировать опухоль, края этого лоскута фиксируют шовным материалом с атравматической иглой с двух сторон. Для этого иглу захватывают иглодержателем, прокалывают кожу на краю лоскута, избегая повреждения крупных сосудов. Далее проводят иглу с ниткой через отверстие и, отрезав 7-10 см нитки, фиксируют один ее конец к коже при помощи двойного узла. Свободный конец прикрепляют к поверхности хирургического стола при помощи кожного пластыря Blenderm так, чтобы обеспечить расправление и равномерное натяжение кожного лоскута с опухолью на столе. После того как кожный лоскут с опухолью закреплен и растянут, прижигают его края (где проходил разрез) для предотвращения кровотечения, даже если отсутствуют его видимые признаки. Далее при помощи специальных ножниц и пинцета под тщательным визуальным контролем с использованием увеличительного стекла аккуратно удаляют соединительную ткань капсулы с поверхности опухоли, не допуская повреждения сосудов и по возможности минимизируя количество контактов инструментов с предполагаемой областью исследования. После этого опухоль промывают раствором фосфатно-солевого буфера (PBS) для удаления тканевого дебриса и мелкого мусора, избытки раствора удаляют салфеткой с края препарата. Процедуру повторяют дважды. Ванночку заполняют PBS так, чтобы вся опухоль была полностью погружена в раствор. Подготовленное таким образом животное помещают рядом с измерительной установкой (Фиг. 2).To form a bath using two tweezers with a curved edge, a skin flap with a tumor is separated, cutting off the connective tissue films with scissors. In this case, direct contact of the instruments with the surface of the tumor, as well as damage to blood vessels, should be avoided. After making sure that the selected skin flap allows the tumor to be exposed, the edges of this flap are fixed with suture material with an atraumatic needle on both sides. To do this, the needle is captured by the needle holder, pierce the skin on the edge of the flap, avoiding damage to large vessels. Next, a needle with a thread is passed through the hole and, cutting off 7-10 cm of thread, fix one end of it to the skin using a double knot. The free end is attached to the surface of the surgical table using a Blenderm skin patch so as to ensure that the flap is smooth and evenly stretched with the tumor on the table. After the skin flap with the tumor is fixed and stretched, cauterize its edges (where the incision was made) to prevent bleeding, even if its visible signs are absent. Then, using special scissors and tweezers, under careful visual control using a magnifying glass, the connective tissue of the capsule is carefully removed from the surface of the tumor, avoiding damage to the vessels and, if possible, minimizing the number of contacts of the instruments with the intended area of study. After that, the tumor is washed with a solution of phosphate-buffered saline (PBS) to remove tissue debris and small debris, excess solution is removed with a napkin from the edge of the drug. The procedure is repeated twice. The bath is filled with PBS so that the entire tumor is completely immersed in the solution. Thus prepared animal is placed next to the measuring installation (Fig. 2).
4) подготовка измерительного наноэлектрода4) preparation of a measuring nanoelectrode
Измерение проводят с помощью наноэлектрода, основой которого выступает изготовленная из кварцевого стекла пипетка, острый конец которой заполнен углеродом. В полости осажденного углерода содержится платина (Фиг. 3, 4). Методика изготовления наноэлектродов подробно описана в патенте РФ №2647464.The measurement is carried out using a nanoelectrode, the basis of which is a pipette made of quartz glass, the sharp end of which is filled with carbon. In the cavity of the deposited carbon contains platinum (Fig. 3, 4). The manufacturing technique of nanoelectrodes is described in detail in RF patent No. 2647464.
Известно, что внутри опухоли концентрация АФК может варьироваться. Поэтому при реализации предлагаемого способа необходимо предварительно осуществить калибровку вводимого в опухоль измерительного наноэлектрода по одному из видов наиболее стабильной АФК, например, по пероксиду водорода.It is known that the concentration of ROS inside a tumor can vary. Therefore, when implementing the proposed method, it is necessary to preliminarily calibrate the measuring nanoelectrode introduced into the tumor according to one of the types of the most stable ROS, for example, according to hydrogen peroxide.
Для построения калибровочного графика по АФК, наноэлектрод и электрод сравнения подключают к традиционно используемым приборам для снятия вольтамперных характеристик и последовательно опускают в водные растворы пероксида водорода с известной концентрацией в диапазоне от 10-7 до 10-4 моль/л, подают развертку потенциала от -800 мВ до +800 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения на наноэлектрод и измеряют значения силы тока при+800 мВ в каждом водном растворе пероксида водорода. Это позволяет построить калибровочную кривую, где на одной оси приведена концентрация пероксида водорода, а на другой - величина силы тока, что позволят осуществлять количественную оценку уровня АФК (Фиг. 5).To build a calibration graph for ROS, the nanoelectrode and the reference electrode are connected to traditionally used devices for taking current-voltage characteristics and sequentially immersed in aqueous solutions of hydrogen peroxide with a known concentration in the range from 10 -7 to 10 -4 mol / l, a potential scan from - 800 mV to +800 mV relative to the silver chloride reference electrode on the nanoelectrode and the current values are measured at + 800 mV in each aqueous solution of hydrogen peroxide. This allows you to build a calibration curve, where on one axis shows the concentration of hydrogen peroxide, and on the other - the magnitude of the current, which will allow a quantitative assessment of the level of ROS (Fig. 5).
Пероксид водорода выступает как наиболее стабильная форма АФК. Большинство нестабильных АФК переходят в пероксид водорода. Поэтому построение калибровочной кривой по пероксиду водорода оправдано для дальнейших измерений общей концентрации АФК внутри опухоли экспериментального животного.Hydrogen peroxide acts as the most stable form of ROS. Most unstable ROS are converted to hydrogen peroxide. Therefore, the construction of a calibration curve for hydrogen peroxide is justified for further measurements of the total concentration of ROS inside the tumor of an experimental animal.
5) размещение экспериментального животного на предметном столе микроскопа, установка измерительного наноэлектрода в держателе интравитально-электрохимического модуля (ИВЭХ-модуля), взаимное позиционирование опухоли и измерительного наноэлектрода, помещение хлорсеребряного электрода сравнения в ванночку с раствором фосфатно-солевого буфера, подключение его к измерительной системе5) placement of the experimental animal on the microscope stage, installation of the measuring nanoelectrode in the holder of the intravital electrochemical module (IVEH module), mutual positioning of the tumor and the measuring nanoelectrode, placing the silver chloride comparison electrode in a bath with a solution of phosphate-saline buffer, connecting it to the measuring system
Наноэлектрод помещают в держатель так, чтобы серебряная проволока имела контакт со слоем пиролитического графита. Держатель, размещенный в микроманипуляторе, подключают к измерительной системе (усилителю), позволяющей регистрировать силу тока и/или потенциал, а также подавать разность потенциалов на наноэлектрод. Измерительную систему подключают к аналого-цифровому преобразователю с целью дальнейшей передачи сигнала на компьютер. Опускают наноэлектрод с помощью манипулятора в буферный раствор над опухолью. Туда же помещают солевой мостик, соединенный с емкостью, в которой находится хлорсеребряный электрод.The nanoelectrode is placed in the holder so that the silver wire has contact with a layer of pyrolytic graphite. The holder, located in the micromanipulator, is connected to a measuring system (amplifier), which allows recording the current strength and / or potential, as well as applying the potential difference to the nanoelectrode. The measuring system is connected to an analog-to-digital converter in order to further transmit the signal to a computer. Using a manipulator, the nanoelectrode is lowered into the buffer solution above the tumor. A salt bridge connected to a container containing a silver chloride electrode is placed there.
6) подача линейной развертки потенциала для исследования концентрации пероксида водорода6) supply linear sweep potential to study the concentration of hydrogen peroxide
Подают линейную развертку потенциала от -800 мВ до +800 мВ на наноэлектрод относительно хлорсеребряного электрода со скоростью развертки, например, 400 мВ/с, и получают вольтамперную характеристику. Сначала в фосфатно-солевом буферном растворе над опухолью, затем внутри опухоли. Для определения значений концентрации АФК регистрируют значения силы тока при +800 мВ и пересчитывают по калибровочной кривой в концентрацию пероксида водорода.A linear potential sweep from -800 mV to +800 mV is applied to the nanoelectrode relative to the silver chloride electrode with a sweep speed of, for example, 400 mV / s, and a current-voltage characteristic is obtained. First, in phosphate-buffered saline above the tumor, then inside the tumor. To determine the concentration of ROS, the current is recorded at +800 mV and recalculated according to the calibration curve to the concentration of hydrogen peroxide.
7) пошаговое введение наноэлектрода внутрь опухоли на заданную глубину под заданным углом и измерение силы тока на каждом шаге погружения наноэлектрода7) the step-by-step introduction of the nanoelectrode into the tumor to a predetermined depth at a given angle and measurement of the current strength at each step of immersion of the nanoelectrode
С помощью микроманипулятора пошагово вводят наноэлектрод вглубь опухоли. Величина шага может быть различной и составляет, например, 100 мкм. Угол, при котором вводят наноэлектрод, может быть различным и составлять, например, от 30° до 55° по отношению к плоскости, на которой размещено экспериментальное животное. Выбор угла подведения наноэлектрода зависит от размещения экспериментального животного на предметном столе микроскопа и выбора места вхождения в опухоль. Таким образом, угол вхождения наноэлектрода выбирается так, чтобы наноэлектрод проникал по нормали к выбранной области. На каждом шаге записывают 10 циклов вольтамперной характеристики. Глубина вхождения внутрь опухоли может быть различной и составляет, например, от 1000 до 3000 мкм.Using a micromanipulator, the nanoelectrode is introduced into the tumor step by step. The step size can be different and is, for example, 100 microns. The angle at which the nanoelectrode is introduced can be different and range, for example, from 30 ° to 55 ° with respect to the plane on which the experimental animal is placed. The choice of the angle of the nanoelectrode supply depends on the placement of the experimental animal on the microscope stage and the choice of the location of entry into the tumor. Thus, the angle of entry of the nanoelectrode is selected so that the nanoelectrode penetrates normal to the selected area. At each step, 10 cycles of the current-voltage characteristic are recorded. The depth of entry into the tumor can be different and is, for example, from 1000 to 3000 microns.
8) определение значения концентрации АФК в опухоли по соответствующей калибровочной кривой8) determination of the concentration of ROS in the tumor by the corresponding calibration curve
С помощью программного обеспечения Origin определяют значения силы тока при +800 мВ для полученной вольтамперной характеристики на различных глубинах. Полученные значения с помощью ранее полученной калибровочной кривой преобразовывают в концентрацию АФК (Фиг. 6).Using the Origin software, the current values are determined at +800 mV for the obtained current-voltage characteristics at various depths. The obtained values using the previously obtained calibration curve are converted into the concentration of ROS (Fig. 6).
Примеры конкретного выполненияCase Studies
Преимущества предлагаемого способа иллюстрируют следующие примеры.The advantages of the proposed method are illustrated by the following examples.
Пример 1Example 1
Посредством заявляемого способа была измерена концентрация АФК в поверхностных и глубоких слоях карциномы молочной железы, подкожно привитой экспериментальным мышам линии BALB/c. Животные были получены из Андреевского центра животных (Андреевка, Россия) в возрасте 7-9 недель и весом 18-21 г. Все эксперименты на животных были одобрены биоэтическим комитетом Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н.И. Пирогова (протокол №25/2017, 26/2017). Мышей содержали по 5 штук в клетках с системой индивидуальной вентиляции.Using the proposed method was measured the concentration of ROS in the surface and deep layers of breast carcinoma, subcutaneously inoculated with experimental mice of the BALB / c line. Animals were obtained from the Andreevsky animal center (Andreevka, Russia) aged 7–9 weeks and weighing 18–21 g. All animal experiments were approved by the bioethical committee of the N.I. Pirogov (protocol No. 25/2017, 26/2017). Mice were kept in 5 cells in cages with an individual ventilation system.
Установка для исследования концентрации АФК, с помощью которой реализован заявляемый способ, позволяющая измерять сверхмалые токи порядка 1 пА, включает следующие элементы:Installation for studying the concentration of ROS, with which the inventive method is implemented, which allows to measure ultra-low currents of the order of 1 pA, includes the following elements:
- Аналого-цифровой преобразователь AxonDigidata 1550 В (MolecularDevices, США);- Analog-to-digital converter AxonDigidata 1550 V (MolecularDevices, USA);
- Patch-clamp усилитель тока Axon MultiClamp 700 В (Molecular Devices, США);- Patch-clamp current amplifier Axon MultiClamp 700 V (Molecular Devices, USA);
- Микроманипулятор PatchStar (Scientifica, США);- PatchStar micromanipulator (Scientifica, USA);
- Компьютер с установленной программой WinWCP и с установленным программным обеспечением для управления и обработки данных;- A computer with installed WinWCP program and with installed software for managing and processing data;
- Цифровой микроскоп с увеличением 200х;- Digital microscope with a magnification of 200x;
- Стол для подавления посторонних вибрация (SuperTech, Венгрия).- Table for suppression of extraneous vibration (SuperTech, Hungary).
Измерения концентрации АФК в поверхностных и глубоких слоях опухоли проводили с помощью наноэлектродов, основой которых выступали нанопипетки, заполненные пиролитическим углеродом с осажденной на них платиной. Наноэлектрод калибровали по пероксиду водорода непосредственно перед проведением исследования. Для этого его помещали в растворы пероксида водорода с различной концентрацией от 10-7 до 10-4 моль/л и определяли значения силы тока при +800 мВ. В результате получали калибровочную кривую, исходя из которой впоследствии рассчитывали концентрацию пероксида водорода в опухоли, измеренную с помощью ИВЭХ-модуля. Наноэлектрод устанавливали в держатель и подключали последний к предусилительной головке. С помощью манипулятора опускали наноэлектрод в раствор PBS, находящийся в ванночке с опухолью. В этот же раствор помещали солевой мостик от хлорсеребряного электрода сравнения. Подавали потенциал от -800 мВ до +800 мВ (скорость развертки 400 мВ/с) и отмечали значения тока при +800 мВ. С помощью джойстика наноэлектрод подводили к выбранному участку опухоли. Устанавливали параметры для дальнейшего профилирования опухоли по АФК с шагом 100 мкм. После введения наноэлектрода в опухоль на глубину 2 мм и стабилизации вольтамперной характеристики пошагово отводили наноэлектрод. Данную процедуру повторяли 5 раз, выбирая при этом различные места опухоли, находящиеся на расстоянии 3 мм друг от друга. В результате были получены данные, показывающие, что на глубине 250-400 мкм обнаруживаются области с повышенным содержанием АФК относительно таковых на глубине до 100 мкм (37 мкМ по сравнению с 15 мкМ), а также участки, где концентрация АФК находится на том же уровне, что и в поверхностных слоях опухоли (порядка 10 мкМ).ROS concentration in the surface and deep layers of the tumor was measured using nanoelectrodes based on nanopipettes filled with pyrolytic carbon with platinum deposited on them. The nanoelectrode was calibrated with hydrogen peroxide immediately before the study. For this, it was placed in hydrogen peroxide solutions with various concentrations from 10 -7 to 10 -4 mol / L and the current strength was determined at +800 mV. As a result, a calibration curve was obtained, based on which the concentration of hydrogen peroxide in the tumor was subsequently calculated, measured using the IVEC module. The nanoelectrode was installed in the holder and the latter was connected to the preamplifier head. Using the manipulator, the nanoelectrode was lowered into the PBS solution located in the tumor bath. A salt bridge from a silver chloride reference electrode was placed in the same solution. The potential was applied from -800 mV to +800 mV (sweep speed 400 mV / s) and the current values were noted at +800 mV. Using the joystick, the nanoelectrode was brought to the selected site of the tumor. Parameters were set for further profiling of the tumor by ROS in increments of 100 μm. After introducing the nanoelectrode into the tumor to a depth of 2 mm and stabilizing the current-voltage characteristics, the nanoelectrode was removed step by step. This procedure was repeated 5 times, while choosing different places of the tumor located at a distance of 3 mm from each other. As a result, data were obtained showing that at a depth of 250-400 μm, areas with a high ROS content are found relative to those at a depth of up to 100 μm (37 μM compared to 15 μM), as well as areas where the concentration of ROS is at the same level as in the surface layers of the tumor (about 10 μm).
Заявляемый способ обеспечивает возможность определении концентрации АФК внутри опухоли живого экспериментального животного в заданной точке с высоким пространственным и временным разрешением. Измерение концентрации АФК внутри опухоли экспериментального животного обеспечивается за счет специальной подготовки экспериментального животного к проведению эксперимента. Сверхмалый размер наноэлектрода позволяет определять АФК внутри опухоли с высоким пространственным разрешением на различных глубинах. Используемая программа подачи потенциала позволяет регистрировать концентрацию АФК внутри опухоли с хорошим временным разрешением в режиме реального времени.The inventive method provides the ability to determine the concentration of ROS inside the tumor of a living experimental animal at a given point with high spatial and temporal resolution. The measurement of the concentration of ROS inside the tumor of an experimental animal is provided by special preparation of the experimental animal for the experiment. The ultra-small size of the nanoelectrode makes it possible to determine the ROS inside the tumor with high spatial resolution at various depths. The potential delivery program used allows recording the concentration of ROS inside the tumor with a good temporal resolution in real time.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019144513A RU2726074C1 (en) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | Method of measuring concentration of reactive oxygen species (ros) in a subcutaneous tumor of living experimental animals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019144513A RU2726074C1 (en) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | Method of measuring concentration of reactive oxygen species (ros) in a subcutaneous tumor of living experimental animals |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2726074C1 true RU2726074C1 (en) | 2020-07-08 |
Family
ID=71510531
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019144513A RU2726074C1 (en) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | Method of measuring concentration of reactive oxygen species (ros) in a subcutaneous tumor of living experimental animals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2726074C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2789592C1 (en) * | 2022-05-17 | 2023-02-06 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук" (Томский НИМЦ) | Method for non-invasive determination of production levels of reactive oxygen forms by adipocytes of epicardial adipose tissue in patients with coronary heart disease and coronary atherosclerosis |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
UA89196U (en) * | 2013-11-25 | 2014-04-10 | Інститут Експериментальної Патології, Онкології І Радіобіології Ім. Р.Є. Кавецького Нан України | Method for quantitative determination of changes of active forms of oxygen in cells in system in vivo under effect of nano-particles of metal-containing materials |
RU162866U1 (en) * | 2015-12-30 | 2016-06-27 | Павел Николаевич Пилипенко | DEVICE FOR EXPRESS DETERMINATION OF THE CONCENTRATION OF ACTIVE OXYGEN FORMS IN AQUEOUS SOLUTIONS |
US20190234932A1 (en) * | 2017-06-14 | 2019-08-01 | Chungdo Pharm. Co., Ltd | Methods for measuring oxidative stress in human body fluids |
-
2019
- 2019-12-27 RU RU2019144513A patent/RU2726074C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
UA89196U (en) * | 2013-11-25 | 2014-04-10 | Інститут Експериментальної Патології, Онкології І Радіобіології Ім. Р.Є. Кавецького Нан України | Method for quantitative determination of changes of active forms of oxygen in cells in system in vivo under effect of nano-particles of metal-containing materials |
RU162866U1 (en) * | 2015-12-30 | 2016-06-27 | Павел Николаевич Пилипенко | DEVICE FOR EXPRESS DETERMINATION OF THE CONCENTRATION OF ACTIVE OXYGEN FORMS IN AQUEOUS SOLUTIONS |
US20190234932A1 (en) * | 2017-06-14 | 2019-08-01 | Chungdo Pharm. Co., Ltd | Methods for measuring oxidative stress in human body fluids |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2789592C1 (en) * | 2022-05-17 | 2023-02-06 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук" (Томский НИМЦ) | Method for non-invasive determination of production levels of reactive oxygen forms by adipocytes of epicardial adipose tissue in patients with coronary heart disease and coronary atherosclerosis |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Xu et al. | A murine model of myocardial ischemia-reperfusion injury through ligation of the left anterior descending artery | |
Moss | Intramyocardial oxygen tension | |
Zimmermann et al. | Phenotyping sensory nerve endings in vitro in the mouse | |
Borgens | Electrically mediated regeneration and guidance of adult mammalian spinal axons into polymeric channels | |
Gaskell | VI. The chromaffine system of annelids and the relation of this system to the contractile vascular system in the leech, hirudo medicinalis.-A contribution to the comparative physiology of the contractile vascular system and its regulators, the adrenalin secreting system and the sympathetic nervous system | |
JP2006519659A (en) | Alginate dural sealant compositions and methods of use | |
McDONALD et al. | Ion levels and membrane potential in chick heart tissue and cultured cells | |
Hou et al. | Improvements in the establishment of a rat myocardial infarction model | |
Sun et al. | Close appositions between tyrosine hydroxylase immunoreactive boutons and respiratory neurons in the rat ventrolateral medulla | |
McGinnis et al. | Electrical fields in Notophthalmus viridescens limb stumps | |
RU2726074C1 (en) | Method of measuring concentration of reactive oxygen species (ros) in a subcutaneous tumor of living experimental animals | |
Li et al. | Monolithic silicon for high spatiotemporal translational photostimulation | |
RU2725065C1 (en) | Method of measuring concentration of oxygen in a subcutaneous tumor of experimental animals | |
RU2479871C1 (en) | Method for record of mechanical work of frog's isolated heart | |
Knutsen et al. | Vascular casting of adult and early postnatal mouse lungs for micro-CT imaging | |
Larsson et al. | Aspiration and characterization of predentin fluid in developing rat teeth by means of a micropuncture and micro-analytical technique | |
Gong et al. | Confocal imaging of single mitochondrial superoxide flashes in intact heart or in vivo | |
Furue et al. | In vivo patch-clamp technique | |
Narkhede | A histologic evaluation of the effect of electrical stimulation on osteogenic changes following placement of blade-vent implants in the mandible of rabbits | |
Reber | A device for the production of well-defined lesions of mesenteric blood vessels with resulting platelet thrombi | |
Fischesser et al. | Refined CLARITY-based tissue clearing for three-dimensional fibroblast organization in healthy and injured mouse hearts | |
Crochet | Intracellular whole-cell patch-clamp recordings of cortical neurons in awake head-restrained mice | |
Kumar et al. | Microelectrode array recording of sinoatrial node firing rate to identify intrinsic cardiac pacemaking defects in mice | |
Duque et al. | Juxtacellular labeling of individual neurons in vivo: from electrophysiology to synaptology | |
RU2820260C1 (en) | Method for prevention of recurrent laryngeal nerve damage in postoperative period during hemithyroidectomy or thyroidectomy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20201008 |