agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2024.25.5.920-929agronauka-1770Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: ВЕТЕРИНАРНАЯ МЕДИЦИНАОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: VETERINARY MEDICINEБиотестирование тетраполиэтиленгликолята титана в 10-мольном избытке на культуре клеток гранулезы свинейBiotesting of titanium tetrapolyethylene glycolate in 10 molar excess on granulosa cell culture of porcine follicleshttps://orcid.org/0000-0002-2865-9582ПритужаловаА. О.PrituzhalovaA. O.

Притужалова Анна Олеговна, младший научный сотрудник лаборатории биологии развития

Московское шоссе, д. 55а, пос. Тярлево, г. Санкт-Петербург, 196625

Anna O. Prituzhalova, junior researcher, the Laboratory of Developmental Biology

Moscow highway, 55a, village Tyarlevo, St. Petersburg, 196625

aklevakina14@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4218-6080КузьминаТ. И.KuzminaT. I.

Кузьмина Татьяна Ивановна, доктор биол. наук, профессор, главный научный сотрудник, заведующая лабораторией биологии развития

Московское шоссе, д. 55а, пос. Тярлево, г. Санкт-Петербург, 196625

Tatyana I. Kuzmina, DSc in Biological Science, professor, chief researcher, Head of the Laboratory of Developmental Biology

Moscow highway, 55a, village Tyarlevo, St. Petersburg, 196625

spbvniigen@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8746-7046ХонинаТ. Г.KhoninaT. G.

Хонина Татьяна Григорьевна, доктор хим. наук, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник лаборатории органических материалов

ул. Софьи Ковалевской, д. 22/20, г. Екатеринбург, 620108

Tatiana G. Khonina, DSc in Chemistry, senior researcher, leading researcher at the Laboratory of Organic Materials

st. Sofia Kovalevskaya, 22/20, Ekaterinburg, 620108

verbitsky@ios.uran.ruhttps://orcid.org/0009-0000-2649-2590НикулинаУ. С.NikulinaU. S.

Никулина Ульяна Сергеевна, биолог лаборатории биологии развития

Московское шоссе, д. 55а, пос. Тярлево, г. Санкт-Петербург, 196625

Ulyana S. Nikulina, biologist, the Laboratory of Developmental Biology

Moscow highway, 55a, village Tyarlevo, St. Petersburg, 196625

spbvniigen@mail.ruВсероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения сельскохозяйственных животных – филиал ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр животноводства – ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста»РоссияAll-Russian Research Institute of Genetics and Breeding of Farm Animals – Branch of the Federal Research Center for Animal Husbandry named after Academy Member L. K. ErnstRussian FederationФГБУН Институт органического синтеза им. И. Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наукРоссияI. Ya. Postovsky Institute of Organic Synthesis of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202431102024255920–929Copyright © Притужалова А.О., Кузьмина Т.И., Хонина Т.Г., Никулина У.С., 20242024Притужалова А.О., Кузьмина Т.И., Хонина Т.Г., Никулина У.С.Prituzhalova A.O., Kuzmina T.I., Khonina T.G., Nikulina U.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/1770

Оценен эффект воздействия тетраполиэтиленгликолята титана, растворенного в полиэтиленгликоле (соотношение 1:10) (сокращ. TTPEG*10PEG) на клетки гранулезы (КГ) антральных овариальных фолликулов  Sus scrofa domesticus в динамике культивирования in vitro. КГ, аспирированные из овариальных фолликулов (ø 3–5 мм) свиней, полученных post mortem на мясоперерабатывающем комбинате «Тосненский», культивировали без и в присутствии 0,1, 0,01 и 0,001 % TTPEG*10PEG. Спустя 22 и 44 часа КГ анализировали методом проточной цитометрии. Комплексный анализ показателей жизнеспособности (митохондриальная активность, доля мертвых клеток) и генерации активных форм кислорода  (АФК) в КГ после воздействия TTPEG*10PEG выявил, что добавление в среду для культивирования 0,1 % TTPEG*10PEG спустя 22 и 44 часа вызывает нарушения функциональной активности КГ, сопровождающиеся снижением митохондриального потенциала мембраны по сравнению с контролем (на 8 и 9 % соответственно, р<0,05) и клеточной гибелью (доля мертвых клеток составила 45 и 41 % соответственно, р<0,001). В группах, культивируемых в присутствии 0,01 и 0,001 % TTPEG*10PEG, достоверных различий в уровне жизнеспособных КГ при культивировании как на 22, так и 44 часа не выявлено. При этом  показано повышение митохондриальной активности в указанных группах в сравнении с контролем и группой,  содержащей 0,1 % TTPEG*10PEG (на 11 и 13 % соответственно через 22 часа, р<0,001 и на 15 и 27 % через 44 часа, р<0,001). Не обнаружено достоверных различий между исследуемыми группами в показателе генерации АФК в клетках. В целом, идентифицирован дозозависимый негативный эффект TTPEG*10PEG (0,1 %). TTPEG*10PEG в концентрации 0,01 и 0,001 % не оказал деструктивного влияния на исследуемую популяцию клеток, что свидетельствует о возможности использования TTPEG*10PEG в вышеобозначенных концентрациях (0,01 и 0,001 %) для моделирования состава сред, используемых в системах культивирования гранулезных клеток свиней.

The effect of titanium tetrapolyethylene glycolate dissolved in polyethylene glycol (ratio 1:10) (abbreviated TTPEG*10PEG) on granulosa cells (GC) of the antral ovarian follicles of Sus scrofa domesticus in the dynamics of in vitro culture was assessed. Granulosa cells aspirated from post mortem ovarian porcine follicles (ø 3-5 mm) obtained at the Tosnensky Meat Processing Plant, were cultured without and in the presence of 0.1, 0.01 and 0.001 % TTPEG*10PEG.  After 22 and 44 hours, the GC were analyzed by flow cytometry. A comprehensive analysis of viability indicators (mitochondrial activity, apoptosis), as well as the generation of reactive oxygen species (ROS) in the GC after exposure to TTPEG*10PEG, revealed that the addition of 0.1 % TTPEG*10PEG to the culture medium after 22 and 44 hours causes disturbances in the functional activity of the GC, accompanied by a decrease of mitochondrial membrane potential compared to control (by 8 and 9 %, respectively, p<0.05) and cell death (the proportion of cells in apoptosis was 45 and 41 %, respectively, p<0.001). In the groups cultured in the presence of 0.01 % and 0.001 % TTPEG*10PEG, no significant differences in the level of GC in the state of apoptosis were detected when cultured for either 22 or 44 hours. At the same time, an increase in mitochondrial  activity was shown in these groups in comparison with the control and the group containing 0.1 % TTPEG*10PEG (by 11 and 13 %, respectively, after 22 hours, p<0.001 and by 15 and 27 % after 44 hours, p< 0.001). No significant differences were found between the study groups in the rate of ROS generation in cells. In general, a dose-dependent negative effect  of TTPEG*10PEG (0.1 %) was identified. TTPEG*10PEG at concentrations of 0.01 and 0.001% did not have a destructive effect on the studied cell population, which indicates the possibility of using TTPEG*10PEG at the above concentrations (0.01 and 0.001 %) to simulate the composition of media used in porcine granulosa cells culture systems.

глицерогелицитотоксичностькультивированиеSus scrofa domesticusАФКмитохондриальная активностьжизнеспособностьglycerogelscytotoxicitycultivationSus Scrofa DomesticusROSmitochondrial activityviabilityработа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр животноводства – ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста» (тема № 124020200127-7). Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы.the research was carried out under the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the state assignment of the Federal Research Center for Animal Husbandry named after Academy Member L. K. Ernst (№ 124020200127-7). The authors thank the reviewers for their contribution to the expert evaluation of this work.ReferencesКузьмина Т. И., Чистякова И. В., Притужалова А. О., Татарская Д. Н. Роль наночастиц высокодисперсного кремнезема в реализации эффектов гранулезы на компетентность к созреванию и оплодотворению ооцитов Sus scrofa domesticus. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2022;26(3):234–239. DOI: https://doi.org/10.18699/VJGB-22-30 EDN: GYCTSQKuzmina T. I., Chistyakova I. V., Prituzhalova A. O., Tatarskaya D. N. The role of highly dispersed silica nanoparticles in the realization of the effects of granulosa on the maturation and fertilization competence of Sus scrofa domesticus. Vavilovskiy zhurnal genetiki i selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2022;26(3):234–239. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.18699/VJGB-22-30Кузьмина Т. И., Новичкова Д. А., Волкова Н. А. Моделирование систем созревания ооцитов свиней in vitro. Сельскохозяйственная биология. 2013;48(2):52–57. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2013.2.52rus EDN: PZAXNDKuzmina T. I., Novichkova D. A., Volkova N. A. Modelling of maturation systems for porcine oocyte in vitro. Sel'skokhozyaystvennaya biologiya = Agricultural Biology. 2013;48(2):52–57. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2013.2.52rusХонина Т. Г., Сафронов А. П., Иваненко М. В., Чупахин О. Н., Пушин В. Г. Полиэтиленгликоляты титана и гидрогели на их основе. Известия Академии наук. Серия химическая. 2014;(7):1639–1642. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22593634 EDN: TAKVJFKhonina T. G., Safronov A. P., Ivanenko M. V., Chupakhin O. N., Pushin V. G. Titanium polyethylene glycolates and hydrogels on the basis of the glycolates. Izvestiya Akademii nauk. Seriya khimicheskaya = Russian Chemical Bulletin. 2014;(7):1639–1642. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22593634Khonina T. G., Safronov A. P., Ivanenko M. V., Shadrina E. V., Chupakhin O. N. Features of silicon– and titanium–polyethylene glycol precursors in sol–gel synthesis of new hydrogels. Journal of Materials Chemistry B. 2015;3(27):5490–5500. DOI: https://doi.org/10.1039/c5tb00480bKhonina T. G., Safronov A. P., Ivanenko M. V., Shadrina E. V., Chupakhin O. N. Features of silicon– and titanium–polyethylene glycol precursors in sol–gel synthesis of new hydrogels. Journal of Materials Chemistry B. 2015;3(27):5490–5500. DOI: https://doi.org/10.1039/c5tb00480bLi D., Zhou J., Zhang M., Ma Y., Yang Y., Han X., Wang X. Long-term delivery of alendronate through an injectable tetra-PEG hydrogel to promote osteoporosis therapy. Biomaterials Science. 2020;8:3138–3146. DOI: https://doi.org/10.1039/d0bm00376jLi D., Zhou J., Zhang M., Ma Y., Yang Y., Han X., Wang X. Long-term delivery of alendronate through an injectable tetra-PEG hydrogel to promote osteoporosis therapy. Biomaterials Science. 2020;8:3138–3146. DOI: https://doi.org/10.1039/d0bm00376jZhu T., Wang H., Jing Z., Fan D., Liu Z., Wang X., Tian Yu. High efficacy of tetra-PEG hydrogel sealants for sutureless dural closure. Bioactive Materials. 2022;8:12–19. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.06.022Zhu T., Wang H., Jing Z., Fan D., Liu Z., Wang X., Tian Yu. High efficacy of tetra-PEG hydrogel sealants for sutureless dural closure. Bioactive Materials. 2022;8:12–19. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.06.022Chang S., Li C., Xu N., Wang J., Jing Z., Cai H., Tian Y., Wang S., Liu Z., Wang X. A sustained release of alendronate from an injectable tetra-PEG hydrogel for efficient bone repair. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2022;10:961227. DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.961227Chang S., Li C., Xu N., Wang J., Jing Z., Cai H., Tian Y., Wang S., Liu Z., Wang X. A sustained release of alendronate from an injectable tetra-PEG hydrogel for efficient bone repair. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2022;10:961227. DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.961227Villalpando-Rodriguez G. E., Gibson S. B. Reactive oxygen species (ROS) regulates different types of cell death by acting as a rheostat. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2021;(1):9912436. DOI: https://doi.org/10.1155/2021/9912436Villalpando-Rodriguez G. E., Gibson S. B. Reactive oxygen species (ROS) regulates different types of cell death by acting as a rheostat. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2021;(1):9912436. DOI: https://doi.org/10.1155/2021/9912436Rems L., Viano M., Kasimova M. A., Miklavčič D., Tarek M. The contribution of lipid peroxidation to membrane permeability in electropermeabilization: A molecular dynamics study. Bioelectrochemistry. 2019;125:46–57. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2018.07.018Rems L., Viano M., Kasimova M. A., Miklavčič D., Tarek M. The contribution of lipid peroxidation to membrane permeability in electropermeabilization: A molecular dynamics study. Bioelectrochemistry. 2019;125:46–57. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2018.07.018Banerjee A., Chattopadhyay A., Bandyopadhyay D. Melatonin and biological membrane bilayers: a never ending amity. Melatonin Research. 2021;4(2): 232–252. DOI: https://doi.org/10.32794/mr11250093Banerjee A., Chattopadhyay A., Bandyopadhyay D. Melatonin and biological membrane bilayers: a never ending amity. Melatonin Research. 2021;4(2): 232–252. DOI: https://doi.org/10.32794/mr11250093Dikalov S., Harrison D. Methods for detection of mitochondrial and cellular reactive oxygen species. Antioxidants & Redox Signaling. 2014;20(2):372–382. DOI: https://doi.org/10.1089/ars.2012.4886Dikalov S., Harrison D. Methods for detection of mitochondrial and cellular reactive oxygen species. Antioxidants & Redox Signaling. 2014;20(2):372–382. DOI: https://doi.org/10.1089/ars.2012.4886Carafa V., Russo R., Della Torre L., Cuomo F., Dell'Aversana C., Sarno F., et al. The Pan-Sirtuin Inhibitor MC2494 Regulates Mitochondrial Function in a Leukemia Cell Line. Frontiers in Oncology. 2020;10:00820. DOI: https://doi.org/10.3389/fonc.2020.00820Carafa V., Russo R., Della Torre L., Cuomo F., Dell'Aversana C., Sarno F., et al. The Pan-Sirtuin Inhibitor MC2494 Regulates Mitochondrial Function in a Leukemia Cell Line. Frontiers in Oncology. 2020;10:00820. DOI: https://doi.org/10.3389/fonc.2020.00820Okata S., Hoshina K., Hanada K., Kamata H., Fujisawa A., Yoshikawa Y., Sakai T. Hemostatic capability of a novel tetra-polyethylene glycol hydrogel. Аnnals of Vascular Surgery. 2022;84:398–404. DOI: https://doi.org/10.1016/j.avsg.2022.01.016Okata S., Hoshina K., Hanada K., Kamata H., Fujisawa A., Yoshikawa Y., Sakai T. Hemostatic capability of a novel tetra-polyethylene glycol hydrogel. Аnnals of Vascular Surgery. 2022;84:398–404. DOI: https://doi.org/10.1016/j.avsg.2022.01.016Buxadera-Palomero J., Calvo C., Torrent-Camarero S., Gil F. J., Mas-Moruno C., Canal C., Rodriguez D. Biofunctional polyethylene glycol coatings on titanium: an in vitro -based comparison of functionalization methods. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2017;152:367–375. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2017.01.042Buxadera-Palomero J., Calvo C., Torrent-Camarero S., Gil F. J., Mas-Moruno C., Canal C., Rodriguez D. Biofunctional polyethylene glycol coatings on titanium: an in vitro -based comparison of functionalization methods. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2017;152:367–375. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2017.01.042Чупахин О. Н., Хонина Т. Г., Кунгуров Н. В., Зильберберг Н. В., Евстигнеева Н. П., Кохан М. М., Полищук А. И., Шадрина Е. В., Ларченко Е. Ю., Ларионов Л. П., Карабаналов М. С. Кремнийборсодержащий глицерогидрогель, обладающий ранозаживляющей, регенерирующей и антимикробной активностью. Известия Академии наук. Серия химическая. 2017;(3):558–563. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=28862630 EDN: YHPPZNChupakhin O. N., Khonina T. G., Kungurov N. V., Zilberberg N. V., Evstigneeva N. P., Kokhan M. M., Polishchuk A. I., Shadrina E. V., Larchenko E. Yu., Larionov L. P., Karabanalov M. S. Silicon–boron-containing glycerohydrogel having wound healing, regenerative, and antimicrobial activity. Izvestiya Akademii nauk. Seriya khimicheskaya = Russian Chemical Bulletin. 2017;(3):558–563. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=28862630Barkova A. S., Shurmanova E. I., Khonina T. G., Millstein I. M. Possibilities of using functional biologically active organosilicon compounds in veterinary practice. Agrarian Bulletin of the Urals. 2020;(11(202)):53–58. DOI: https://doi.org/10.32417/1997-4868-2020-202-11-53-58Barkova A. S., Shurmanova E. I., Khonina T. G., Millstein I. M. Possibilities of using functional biologically active organosilicon compounds in veterinary practice. Agrarian Bulletin of the Urals. 2020;(11(202)):53–58. DOI: https://doi.org/10.32417/1997-4868-2020-202-11-53-58Camaioni A., Massimiani M., Lacconi V., Magrini A., Salustri A., Sotiriou G. A., et al. Silica encapsulation of ZnO nanoparticles reduces their toxicity for cumulus cell-oocyte-complex expansion. Particle and Fibre Toxicology. 2021;18(1):33. DOI: https://doi.org/10.1186/s12989-021-00424-zCamaioni A., Massimiani M., Lacconi V., Magrini A., Salustri A., Sotiriou G. A., et al. Silica encapsulation of ZnO nanoparticles reduces their toxicity for cumulus cell-oocyte-complex expansion. Particle and Fibre Toxicology. 2021;18(1):33. DOI: https://doi.org/10.1186/s12989-021-00424-zLei R., Bai X., Chang Y., Li J., Qin Y., Chen K., et al. Effects of fullerenol nanoparticles on rat oocyte meiosis resumption. International Journal of Molecular Sciences. 2018;19(3):699. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms19030699Lei R., Bai X., Chang Y., Li J., Qin Y., Chen K., et al. Effects of fullerenol nanoparticles on rat oocyte meiosis resumption. International Journal of Molecular Sciences. 2018;19(3):699. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms19030699Tiedemann D., Taylor U., Rehbock C., Jakobi J., Klein S., Kues W. A., et al. Reprotoxicity of gold, silver, and gold-silver alloy nanoparticles on mammalian gametes. The Analyst. 2014;139(5):931–942. DOI: https://doi.org/https://doi.org/10.1039/c3an01463kTiedemann D., Taylor U., Rehbock C., Jakobi J., Klein S., Kues W. A., et al. Reprotoxicity of gold, silver, and gold-silver alloy nanoparticles on mammalian gametes. The Analyst. 2014;139(5):931–942. DOI: https://doi.org/https://doi.org/10.1039/c3an01463kMinghui F., Ran S., Yuxue J., Minjia S. Toxic effects of titanium dioxide nanoparticles on reproduction in mammals. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2023;11:1183592. DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2023.1183592Minghui F., Ran S., Yuxue J., Minjia S. Toxic effects of titanium dioxide nanoparticles on reproduction in mammals. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2023;11:1183592. DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2023.1183592Groll J., Fiedler J., Engelhard E., Ameringer T., Tugulu S., Klok H. A., et al. A novel star PEG-derived surface coating for specific cell adhesion. Journal of Biomedical Materials Research. 2005;74A(4):607–617. DOI: https://doi.org/10.1002/jbm.a.30335Groll J., Fiedler J., Engelhard E., Ameringer T., Tugulu S., Klok H. A., et al. A novel star PEG-derived surface coating for specific cell adhesion. Journal of Biomedical Materials Research. 2005;74A(4):607–617. DOI: https://doi.org/10.1002/jbm.a.30335

The authors declare that there are no conflicts of interest present.