Фазовые переходы в смесях клеточных суспензий с фракциями экстрактов плаценты человека при температуре ниже 0°C

Методом дифференциальной сканирующей калориметрии исследованы фазовые переходы во фракциях экстрактов с молекулярной массой до 5; 50–70 и 750 кДа, полученных из плаценты человека, а также в клеточных суспензиях эритроцитов и дрожжей Saccharomyces cerevisiae с добавлением фракций экстрактов ниже 0°...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2011
Main Authors:	Зинченко, А.В., Говорова, Ю.С., Боброва, Е.Н.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України 2011
Subjects:	Теоретическая и экспериментальная криобиология
Online Access:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/44900
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Фазовые переходы в смесях клеточных суспензий с фракциями экстрактов плаценты человека при температуре ниже 0°C / А.В. Зинченко, Ю.С. Говорова, Е.Н. Боброва // Пробл. криобиологии. — 2011. — Т. 21, № 3. — С. 314-320. — Бібліогр.: 10 назв. — рос., англ.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-44900
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-449002013-06-07T03:10:20Z Фазовые переходы в смесях клеточных суспензий с фракциями экстрактов плаценты человека при температуре ниже 0°C Зинченко, А.В. Говорова, Ю.С. Боброва, Е.Н. Теоретическая и экспериментальная криобиология Методом дифференциальной сканирующей калориметрии исследованы фазовые переходы во фракциях экстрактов с молекулярной массой до 5; 50–70 и 750 кДа, полученных из плаценты человека, а также в клеточных суспензиях эритроцитов и дрожжей Saccharomyces cerevisiae с добавлением фракций экстрактов ниже 0°C. Выявлены общие закономерности влияния клеток на низкотемпературные фазовые переходы в различных фракциях экстрактов. Наблюдается существенное снижение интенсивности пика инверсии и пика плавления эвтектики, обусловленное присутствием NaCl. Указанные факторы связаны с изменением межмолекулярных взаимодействий в жидкой фазе в результате конкуренции между активными центрами органических молекул за присоединение молекул воды. Снижение интенсивности низкоэнергетического процесса инверсии, связанное с конформационным изменением молекул во фракциях в присутствии клеток, обусловлено взаимодействием молекул, участвующих в процессе инверсии, с клетками. Методом диференціальної скануючої калориметрії були досліджені фазові переходи у фракціях екстрактів з молекулярною масою до 5; 50–70 і 750 кДа, отриманих з плаценти людини, а також у клітинних суспензіях еритроцитів і дріжджів Saccharomyces cerevisiae з додаванням фракцій екстрактів нижче 0°C. Виявлено загальні закономірності впливу клітин на низькотемпературні фазові переходи у різних фракціях екстрактів. Спостерігається значне зниження інтенсивності піка інверсії і піка плавлення евтектики, обумовлене присутністю NaCl. Вказані фактори пов'язані зі зміною міжмолекулярних взаємодій у рідкій фазі внаслідок конкурентної боротьби між активними центрами органічних молекул за приєднання молекул води. Зниження інтенсивності низькоенергетичного процесу інверсії, яке пов'язане з конформаційними змінами молекул у фракціях у присутності клітин, обумовлено взаємодією молекул, які беруть участь у процесі інверсії, з клітинами. Using differential scanning calorimetry the phase transitions at the temperatures below 0°C in fractions of extracts derived from human placenta with molecular mass up to 5; 50–70 and 750 kDa, as well as in suspensions of red blood cells and the yeasts Saccharomyces cerevisiae supplemented with the mentioned fractions of extracts were studied. General regularities of the influence of cells on low-temperature phase transitions in the fractions of extracts were revealed. A significant reduction in the intensities of the inversion peak and the eutectic melting peak was found likely due to the presence of NaCl. These phenomena are likely caused by the changed intermolecular interactions in the liquid phase as a result of competition between active centers of organic molecules for binding the water molecules. Reduced intensity of low-energy process of inversion, caused by conformational change in molecules of the fractions in the presence of cells, result from interactions of molecules involved in the process of inversion with the cells. 2011 Article Фазовые переходы в смесях клеточных суспензий с фракциями экстрактов плаценты человека при температуре ниже 0°C / А.В. Зинченко, Ю.С. Говорова, Е.Н. Боброва // Пробл. криобиологии. — 2011. — Т. 21, № 3. — С. 314-320. — Бібліогр.: 10 назв. — рос., англ. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/44900 57.043:537.628.3:57.085.23 ru Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Теоретическая и экспериментальная криобиология Теоретическая и экспериментальная криобиология
spellingShingle	Теоретическая и экспериментальная криобиология Теоретическая и экспериментальная криобиология Зинченко, А.В. Говорова, Ю.С. Боброва, Е.Н. Фазовые переходы в смесях клеточных суспензий с фракциями экстрактов плаценты человека при температуре ниже 0°C
description	Методом дифференциальной сканирующей калориметрии исследованы фазовые переходы во фракциях экстрактов с молекулярной массой до 5; 50–70 и 750 кДа, полученных из плаценты человека, а также в клеточных суспензиях эритроцитов и дрожжей Saccharomyces cerevisiae с добавлением фракций экстрактов ниже 0°C. Выявлены общие закономерности влияния клеток на низкотемпературные фазовые переходы в различных фракциях экстрактов. Наблюдается существенное снижение интенсивности пика инверсии и пика плавления эвтектики, обусловленное присутствием NaCl. Указанные факторы связаны с изменением межмолекулярных взаимодействий в жидкой фазе в результате конкуренции между активными центрами органических молекул за присоединение молекул воды. Снижение интенсивности низкоэнергетического процесса инверсии, связанное с конформационным изменением молекул во фракциях в присутствии клеток, обусловлено взаимодействием молекул, участвующих в процессе инверсии, с клетками.
format	Article
author	Зинченко, А.В. Говорова, Ю.С. Боброва, Е.Н.
author_facet	Зинченко, А.В. Говорова, Ю.С. Боброва, Е.Н.
author_sort	Зинченко, А.В.
title	Фазовые переходы в смесях клеточных суспензий с фракциями экстрактов плаценты человека при температуре ниже 0°C
title_short	Фазовые переходы в смесях клеточных суспензий с фракциями экстрактов плаценты человека при температуре ниже 0°C
title_full	Фазовые переходы в смесях клеточных суспензий с фракциями экстрактов плаценты человека при температуре ниже 0°C
title_fullStr	Фазовые переходы в смесях клеточных суспензий с фракциями экстрактов плаценты человека при температуре ниже 0°C
title_full_unstemmed	Фазовые переходы в смесях клеточных суспензий с фракциями экстрактов плаценты человека при температуре ниже 0°C
title_sort	фазовые переходы в смесях клеточных суспензий с фракциями экстрактов плаценты человека при температуре ниже 0°c
publisher	Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Теоретическая и экспериментальная криобиология
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/44900
citation_txt	Фазовые переходы в смесях клеточных суспензий с фракциями экстрактов плаценты человека при температуре ниже 0°C / А.В. Зинченко, Ю.С. Говорова, Е.Н. Боброва // Пробл. криобиологии. — 2011. — Т. 21, № 3. — С. 314-320. — Бібліогр.: 10 назв. — рос., англ.
work_keys_str_mv	AT zinčenkoav fazovyeperehodyvsmesâhkletočnyhsuspenzijsfrakciâmiékstraktovplacentyčelovekapritemperatureniže0c AT govorovaûs fazovyeperehodyvsmesâhkletočnyhsuspenzijsfrakciâmiékstraktovplacentyčelovekapritemperatureniže0c AT bobrovaen fazovyeperehodyvsmesâhkletočnyhsuspenzijsfrakciâmiékstraktovplacentyčelovekapritemperatureniže0c
first_indexed	2025-07-04T03:28:31Z
last_indexed	2025-07-04T03:28:31Z
_version_	1836685419599626240
fulltext	314 * Автор, которому необходимо направлять корреспонденцию: ул. Переяславская, 23, г. Харьков, Украина 61015; тел.: (+38 057) 373-31-41, факс: (+38 057) 373-30-84, электронная почта: alexazin@mail.ru * To whom correspondence should be addressed: 23, Pereyaslavskaya str., Kharkov, Ukraine 61015; tel.:+380 57 373 3141, fax: +380 57 373 3084, e-mail: alexazin@mail.ru Institute for Problems of Cryobiology and Cryomedicine of the Na- tional Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, Ukraine Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков Водно-солевые экстракты плаценты в послед- ние годы привлекают внимание исследователей из- за высокого содержания биологически активных веществ. Благодаря этому экстракты плаценты человека могут проявлять антиоксидантную [9], противовоспалительную [7] и тромболитическую активности [8], а также являться стимулирующим агентом репарации биологических тканей [10]. В работе [2] показано, что экстракты плаценты чело- века снижают осмотическую хрупкость эритро- цитов и повышают их устойчивость к воздействию Recently the attention of researchers has been at- tracted to placental aqueous-saline extracts due to a high content of biologically active substances. Due to these substances the human placental extracts can manifest antioxidant [9], anti-inflammatory [7] and thrombolytic activities [8], as well as serve as a stimu- lating agent of reparation for biological tissues [10]. Pogozhikh D.N. et al. [2] found the ability of human placental extracts to reduce osmotic fragility of eryth- rocytes and increase their resistance to the effect of NaCl hyperconcentration and low pH. These results problems of cryobiology Vol. 21, 2011, №3 проблемы криобиологии Т. 21, 2011, №3 УДК 57.043:537.628.3:57.085.23 А.В. ЗИНЧЕНКО, Ю.С. ГОВОРОВА, Е.Н. БОБРОВА Фазовые переходы в смесях клеточных суспензий с фракциями экстрактов плаценты человека при температуре ниже 0°C UDC 57.043:537.628.3:57.085.23 A.V. ZINCHENKO, YU.S. GOVOROVA, E.N. BOBROVA Phase Transitions at the Temperatures Below 0°C in Mixtures of Cell Suspensions with Human Placental Extract Fractions Методом дифференциальной сканирующей калориметрии исследованы фазовые переходы во фракциях экстрактов с молекулярной массой до 5; 50–70 и 750 кДа, полученных из плаценты человека, а также в клеточных суспензиях эритроцитов и дрожжей Saccharomyces cerevisiae с добавлением фракций экстрактов ниже 0°C. Выявлены общие закономерности влияния клеток на низкотемпературные фазовые переходы в различных фракциях экстрактов. Наблюдается существенное снижение интенсивности пика инверсии и пика плавления эвтектики, обусловленное присутствием NaCl. Указанные факторы связаны с изменением межмолекулярных взаимодействий в жидкой фазе в результате конкуренции между активными центрами органических молекул за присоединение молекул воды. Снижение интенсивности низкоэнергетического процесса инверсии, связанное с конформационным изменением молекул во фракциях в присутствии клеток, обусловлено взаимодействием молекул, участвующих в процессе инверсии, с клетками. Ключевые слова: фракции экстрактов плаценты, фазовые переходы, клеточная суспензия, эритроциты, Saccharomyces cerevisiae, эвтектика, инверсия, дифференциальная сканирующая калориметрия. Методом диференціальної скануючої калориметрії були досліджені фазові переходи у фракціях екстрактів з молекулярною масою до 5; 50–70 і 750 кДа, отриманих з плаценти людини, а також у клітинних суспензіях еритроцитів і дріжджів Saccharomyces cerevisiae з додаванням фракцій екстрактів нижче 0°C. Виявлено загальні закономірності впливу клітин на низькотемпературні фазові переходи у різних фракціях екстрактів. Спостерігається значне зниження інтенсивності піка інверсії і піка плавлення евтектики, обумовлене присутністю NaCl. Вказані фактори пов'язані зі зміною міжмолекулярних взаємодій у рідкій фазі внаслідок конкурентної боротьби між активними центрами органічних молекул за приєднання молекул води. Зниження інтенсивності низькоенергетичного процесу інверсії, яке пов'язане з конформаційними змінами молекул у фракціях у присутності клітин, обумовлено взаємодією молекул, які беруть участь у процесі інверсії, з клітинами. Ключові слова: фракції екстрактів плаценти, фазові переходи, клітинна суспензія, еритроцити, Saccharomyces cerevisiae, евтектика, інверсія, диференціальна скануюча калориметрія. Using differential scanning calorimetry the phase transitions at the temperatures below 0°C in fractions of extracts derived from human placenta with molecular mass up to 5; 50–70 and 750 kDa, as well as in suspensions of red blood cells and the yeasts Saccharomyces cerevisiae supplemented with the mentioned fractions of extracts were studied. General regularities of the influence of cells on low-temperature phase transitions in the fractions of extracts were revealed. A significant reduction in the intensities of the inversion peak and the eutectic melting peak was found likely due to the presence of NaCl. These phenomena are likely caused by the changed intermolecular interactions in the liquid phase as a result of competition between active centers of organic molecules for binding the water molecules. Reduced intensity of low-energy process of inversion, caused by conformational change in molecules of the fractions in the presence of cells, result from interactions of molecules involved in the process of inversion with the cells. Key words: extract placenta fractions, phase transitions, cell suspension, erythrocytes, Saccharomyces cerevisiae, eutectics, inversion, differential scanning calorimetry. 315 problems of cryobiology Vol. 21, 2011, №3 проблемы криобиологии Т. 21, 2011, №3 гиперконцентрации NaCl и низкого pH. Эти резуль- таты дают основание полагать, что биологически активные вещества экстрактов плаценты непос- редственно взаимодействуют с мембранами кле- ток, другими клеточными структурами и связы- ваются с ними. Одним из способов проверки дан- ного предположения может быть исследование фазовых переходов в водно-солевых экстрактах плаценты, а также в смесях суспензий клеток с экстрактами и их фракциями при температурах ниже 0°C. Из анализа характера проявления фазо- вых переходов может быть извлечена информация о межмолекулярных взаимодействиях в системе и об образовании комплексов между компонентами системы [1]. Цель работы – методом дифференциальной ска- нирующей калориметрии изучить фазовые перехо- ды в суспензиях клеток эритроцитов и Saccharo- myces cerevisiae с добавлением фракций экстрак- тов плаценты с молекулярной массой до 5; 50–70 и 750 кДа при температуре ниже 0°C. Материалы и методы Водно-солевые экстракты выделяли из ткани плаценты человека по методике, описанной в [4], после тестирования на наличие вирусных инфекций. Экстракты в зависимости от конечной темпера- туры охлаждения были разделены на три группы: первую и вторую охлаждали до температуры –20 и –80°С соответственно, затем хранили их в моро- зильных камерах в течение 2,5 месяцев; третью группу экстрактов охлаждали до –196°С в сосуде с жидким азотом. Экстракты размораживали в водяной бане при 20°C, затем разделяли их мето- дом гель-хроматографии на колонке 22×2 см с се- фадексом G-200. Для калибровки колонки исполь- зовали голубой декстран с молекулярной массой 2000000, глюкозооксидазу (180 кДа), бычий сывороточный альбумин (64 кДа) и цитохром С (12 кДа). Получили три типа фракций с молекуляр- ной массой 5; 50–70 и 750 кДа. Концентрацию белка определяли спектрофотометрическим методом. Донорскую кровь на консерванте “Глюгицир” центрифугировали в течение 5 мин при 800 g. Эрит- роцитарный осадок дважды отмывали физиологи- ческим раствором. Полученную эритроцитарную массу смешивали с фракциями экстрактов плацен- ты в соотношении 1:1. Дрожжи S. cerevisiae выра- щивали на скошенной среде Сабуро в течение 48 ч при температуре 30°С, затем выращенные культу- ры смывали физиологическим раствором. Кон- центрация клеток в образце составляла 108 КОЕ/мл. Жизнеспособность дрожжей определяли чашеч- ным методом Коха по колониеобразованию на ага- ризованной среде Сабуро [5]. Полученные дрожжи смешивали с фракциями экстрактов плаценты в соотношении 1:1. enable the supposition that biologically active sub- stances of placental extracts directly interact with cell membranes and other cell structures making bounds with them. One of the ways to check this supposition may be the study of phase transitions in placental aque- ous-saline extracts, as well as in the mixtures of cell suspensions with the extracts and their fractions under the temperatures below 0°C. The analysis of the mani- festation character of phase transitions may provide the information about intermolecular interactions in the system and about the formation of complexes between the system components [1]. The research aim was to investigate the phase tran- sitions in red blood cell and Saccharomyces cerevisae suspensions supplemented with the placenta extract fractions of molecular weight up to 5; 50–70 and 750 kDa below 0°C by means of differential scanning calorimetry method. Materials and methods Aqueous-saline extracts were derived from human placenta tissue according to the method described by Rozanova S.L. et al. [4], after testing for the absence of viral infections. Depending on final cooling tempera- ture the extracts were divided into three groups: the first and second ones were cooled down to –20 and –80°C, correspondingly, later they were stored in freez- ing chambers for 2.5 months; the third group of ex- tracts was cooled down to –196°C in the vessel with liquid nitrogen. The extracts were thawed in water bath at 20°C, afterwards they were separated by gel chromatography using 22×2 cm column with Sephadex G-200. Blue dextran with molecular weight 2,000,000, glucose oxidase (180 kDa), BSA (64 kDa) and cyto- chrome C (12 kDa) were used to calibrate the co- lumn. Three types of fractions with molecular weight of 5; 50–70 and 750 kDa were obtained. Protein con- centration was examined with spectrophotometric method. Donor blood with “Glugicyr” preservative was cen- trifuged for 5 min at 800g. Erythrocyte sediment was twice washed with physiological solution. The obtained erythrocyte mass was mixed with the placental ex- tract fractions in 1:1 ratio. S. cerevisiae yeasts were grown on Sabouraud’s medium slope for 48 hrs at 30°C, then grown cultures were washed with physiological solution. Cell concentration in the sample made 108 CFU/ml. Yeast viability was assessed as colony formation activity with Koch’s plate technique in Sabouraud’s medium [5]. The resulted yeast suspen- sion was mixed with placental extract fractions in 1:1 ratio. Phase transitions were studied with differential scanning calorimeter, designed at IPC&C of the Na- tional Academy of Sciences of Ukraine [1]. This de- vice according to Wendlandt’s classification can be re- ferred to the apparatuses of DSC type (DTA) [6]. The 316 problems of cryobiology Vol. 21, 2011, №3 проблемы криобиологии Т. 21, 2011, №3 Исследования фазовых переходов проводили на дифференциальном сканирующем калориметре, разработанном в ИПКиК НАНУ [1]. Данный прибор согласно классификации Уэндландта мож- но отнести к приборам типа “ДСК” (ДТА) [6]. Принцип его работы основан на регистрации тепло- вых потоков, поступающих в образец в процессе его непрерывного нагрева [1, 6]. Особенность дан- ного калориметра в том, что его рабочую камеру можно предварительно охладить до заданной тем- пературы в диапазоне 0...–196°С, затем поместить в ячейку образец, заранее охлажденный с требуе- мой скоростью. Образцы массой около 1000 мг помещали в тон- костенный стакан из нержавеющей стали с толщи- ной стенок 0,1 мм, закрывали крышкой и охлаждали погружением в жидкий азот со средней скоростью охлаждения 3,3 град/с. Температуру фазовых пере- ходов определяли на основании термограмм, полу- ченных при нагреве со скоростью 8,3×10–3 град/c в диапазоне температур –150...0°С. Интерпрета- цию термограмм проводили, как описано в работах [1, 6]. Результаты и обсуждение На ДСК-термограмме фракции с молекулярной массой до 5 кДа из свежеполученного экстракта плаценты (рис. 1, A) зарегистрировали следующие термические эффекты: 1 – узкий экзотермический пик при температуре –85,5°С отображает, вероят- нее всего, инверсию молекул, имеющих углерод- углеродные связи. Для данного эффекта в литера- туре употребляется термин “обращение конфи- гурации”, связанный с процессом изомеризации [3]; 2 – узкий интенсивный эндотермический пик при –21°С соответствует плавлению эвтектических со- ставов из механической смеси кристаллов NaCl и воды; 3 – плавление льда в системе [1]. На термограммах фракций с молекулярными массами 50–70 и 750 кДа из свежеприготовленных экстрактов плаценты человека зарегистрировали аналогичные фазовые переходы (рис. 2, A и 3, A). Замораживание экстрактов и хранение их при –20°С не приводят к значительным изменениям интенсивности инверсии на термограмме фракции, содержащей низкомолекулярные белки, а плавле- ние эвтектики и плавление системы остаются неиз- менными (см. рис. 1, B). Смешивание суспензии эритроцитов с низкомо- лекулярной фракцией из экстракта, замороженного и предварительно хранившегося при –20°С в течение 2,5 месяцев, приводит к значительному снижению интенсивности пика инверсии и пика плавления эвтектики (см. рис. 1, C). На рис. 2, B представлена термограмма смеси суспензии эритроцитов и фракции с молекулярной principle of its functioning is based on recording of heat flows coming into the sample during its constant heat- ing [1, 6]. The peculiarity of this calorimeter consists in the fact that its operating chamber may be prelimi- nary cooled down to the set temperature within the range of 0...–196°C, later the sample preliminarily cooled with a required rate to be placed into the well. The samples of 1,000 mg were placed into thin-wall stainless jar with 0.1 mm wall width, covered and cooled by plunging into liquid nitrogen with an average cooling rate of 3.3 deg/s. Temperature of phase transitions were determined on the base of thermograms obtained when heating with the rate of 8.3×10–3 deg/s within the tem- perature range of –150...0°С. Thermograms were in- terpreted as described earlier [1, 6]. Results and discussion In DCS thermogram of the fractions with molecu- lar weight up to 5 kDa from fresh placental extract (Fig. 1A) the following thermal effects were recorded: 1 – narrow exothermic peak at 85.5°C likely repre- sents the inversion of molecules possessing carbon- Температура, °C Temperature, °C Те пл оп ог ло щ ен ие , эн до H ea t ab so rp tio n, e nd o Рис. 1. ДСК-термограммы: A – низкомолекулярная фрак- ция с молекулярной массой до 5 кДа из свежеприготов- ленного экстракта плаценты; B – низкомолекулярная фракция с молекулярной массой до 5 кДа из заморожен- ного и хранившегося при –20°С экстракта плаценты; C – суспензия эритроцитов с низкомолекулярной фракцией до 5 кДа из замороженного и хранившегося при –20°С экстракта плаценты (1:1). Fig. 1. DSC-thermograms: A – low molecular fraction with molecular weight up to 5 kDa from fresh placental extract; B – low molecular fraction with molecular weight up to 5 kDa from fresh and stored at –20°C placental extract; C – suspension of erythrocytes with low molecular fraction up to 5 kDa from frozen and stored at –20°C placental extract (1:1). A B C 317 problems of cryobiology Vol. 21, 2011, №3 проблемы криобиологии Т. 21, 2011, №3 массой 50–70 кДа, полученной из замороженного и хранившегося при –20°С экстракта. Как и в рассмотренном выше случае, наблюдается сниже- ние интенсивности пиков инверсии и плавления эвтектики. Еще больший эффект снижения интен- сивности указанных процессов зарегистрирован на термограмме для смеси суспензии эритроцитов и данной фракции, замороженной и хранившейся при –80°С (рис. 2, C). Таким образом, хранение экстрактов плаценты при более низких температурах приводит к сниже- нию интенсивности пика инверсии и пика плавления эвтектики, что оказывает более благоприятное действие на биологические объекты, так как фак- тически исчезают низкотемпературные фазовые переходы, способные вызывать определенные криоповреждения биологических структур. На рис. 3 приведены результаты исследования смеси суспензии эритроцитов и фракции с моле- кулярной массой до 750 кДа. На термограммах фракции из свежеприготовленного экстракта (рис. 3, A) и фракции из экстракта, хранившегося при –20°С (рис. 3, B), отличий в регистрации инвер- carbon bonds. This effect is defined in the literature as the “configuration rotation” related to the process of isomerization [3]. 2 – narrow intensive endothermic peak at –21°C which corresponds to melting of eutec- tic compositions being mechanical mixture of NaCl crystals and water. 3 – ice melting in the system [1]. In thermograms of fractions with molecular weights of 50–70 and 750 kDa from fresh human placental ex- tracts we recorded the same phase transitions (Fig. 2A and 3A). Freezing of the extracts and their storage at –20°C do not lead to significant changes of inversion intensity in thermogram of the fraction, containing low molecu- lar proteins, and the eutectics melting and the melting of the system remain unchanged (see Fig. 1B). Mixing of erythrocyte suspension with low molecu- lar fraction from the extract, frozen and preliminarily stored at –20°C during 2.5 months results in a signifi- cant reduction of inversion intensity and eutectics melt- ing peak (see Fig. 1C). Fig. 2B demonstrates the thermogram of mixed erythrocyte suspension and the fraction with molecu- lar weight of 50–70 kDa, derived from frozen and stored at –20°C extract. Like in the described above case we observed the reduced intensity of peaks of inversion and eutectics melting. Much higher decreasing in the intensity of the mentioned processes was recorded in the thermogram for the mixture of erythrocyte sus- pension and the fraction frozen and stored at –80°C (Fig. 2C). Thus the storage of placental extracts at lower tem- peratures results in the reduced intensity of inversion peak and the peak of eutectics melting, that affects the biological objects more favorably, since low tem- perature phase transitions, capable of causing the cer- tain cryodamages of biological structures, actually dis- appear. Fig. 3 shows the research results for the mixture of erythrocyte suspension and the fraction with molecu- lar weight up to 750 kDa. In the thermograms of frac- tion from fresh extract (Fig. 3A) and the fraction from the extract stored at –20°C (Fig. 3B) we noted no dif- ferences in peaks of the inversion, eutectic melting and melting of the system. However, like in previous ex- periments, the reduction of inversion intensity and eutectics melting was found in thermograms of the mixture of erythrocyte suspension and extract fraction with molecular weight up to 750 kDa (Fig. 3C). The Table represents the temperature values for phase transitions resulting from analysis of thermo- grams of the studied system. In the mixtures of cell suspensions and fractions the inversion temperature values increase by 7–10°C, the temperatures of eutec- tics melting decrease by 5.5–6°C, the melting tempera- ture values of the whole system remain unchanged within the error of the experiment. The binding of the Рис. 2. ДСК-термограммы: A – фракция с молекулярной массой 50–70 кДа из свежеприготовленного экстракта плаценты; B – суспензия эритроцитов с фракцией 50– 70 кДа из замороженного и хранившегося при –20°С экстракта плаценты (1:1); C – суспензия эритроцитов с фракцией 50–70 кДа из замороженного и хранившегося при –80°С экстракта плаценты (1:1). Fig. 2. DSC-thermograms: A – fraction with molecular weight of 50–70kDa from fresh placental extract; B – suspension of erythrocytes with fraction of 50–70 kDa from frozen and stored at –20°C placental extract (1:1); C – suspension of erythrocytes with fraction of 50–70 kDa from frozen and stored at –80°C placental extract (1:1) Температура, °C Temperature, °C Те пл оп ог ло щ ен ие , эн до H ea t ab so rp tio n, e nd o A B C яанрялукелоМ иицкарфассам аДк,аткартскэ raluceloM tcartxefothgiew aDk,snoitcarf С°,водохерепхывозафарутарепмеТ C°,snoitisnartesahpfoerutarepmeT Т vni T em T m Т vni T em T m Т vni T em T m ЭС EF )C°02-(Э )C°02-(E +)C°02-(Э ытицортирэ CBR+)C°02-(E 057 78- 91- 5,0- 68- 91- 1,0- 77- 52- 1- 07-05 78- 91- 5,0- 5,68- 02- 1- 97- 52- 1- 5otpU/оД 5,58- 5,02- 5,0- 48- 02- 5,0- 97- 62- 1- problems of cryobiology Vol. 21, 2011, №3 проблемы криобиологии Т. 21, 2011, №3 делах погрешности эксперимента. Связывание молекул, участвующих в процессе инверсии, с inversion-involved molecules with cell membranes makes the inversion difficult and thereby contributes to its decreased intensity and, as the Table shows, to the increased temperature of this process. Low temperature phase transitions in the system containing low molecular fraction of placental extract and S. cerevisiae cell suspension were studied to exa- mine general regularities of cell effects on physical processes in the suspensions, containing the fractions of placental extracts and cells when temperature al- ters. When comparing thermograms of low molecular fraction of the extract obtained from fresh placental extract (Fig. 4A) and low molecular fraction of the extract frozen down to –196°C (Fig. 4B) one may note lower value of inversion peak intensity in Fig 4B. The rest transitions were not changed. In the thermogram for S. cerevisiae cell suspen- sion in physiological solution (Fig. 4) there is just one endothermic peak corresponding to cell suspension melting. In the thermogram of mixture of low molecu- lar fraction of the extract with S. cerevisiae cell sus- pension in physiological solution (Fig. 4D) there are found the following changes: the process correspond- ing to the peak 1 (inversion) proceeds at higher tem- perature (–82°C) and with lower intensity if compared with the considered above frozen low molecular frac- tion of the extract (Fig. 4B). The intensity of eutectics melting peak significantly decreases. The reduced intensity of eutectics melting in the mixtures containing both erythrocytes in the presence of fractions of all the types and S. cerevisiae with add- ing low molecular fraction if compared with those from Значения температур фазовых переходов в системах, содержащих суспензии эритроцитов и фракции экстрактов с различной молекулярной массой Temperature values of phase transitions in the systems containing erythrocyte suspensions and extract fractions with various molecular weight Примечания: Тinv – температура инверсии; Tme – температура плавления эвтектики, Tm – температура плавления системы; СЭ – фракции из свежеприготовленного экстракта плаценты; Э(–20°С) – фракции из экстракта, замороженного и хранившегося при –20°С. Notes: Tinv – inversion temperature; Tme – eutectics melting temperature; Tm – system melting temperature; FE – fractions from the fresh placental extract; E(–20°C) – fractions from the extract frozen and stored at –20°C. сии, эвтектического плавления и плавления системы не отме- чено. Однако, как и в преды- дущих экспериментах, уста- новлено снижение интенсив- ности инверсии и плавления эвтектики на термограммах смеси суспензии эритроцитов и фракции экстракта с молеку- лярной массой до 750 кДа (рис. 3, C), В таблице даны значения температур фазовых перехо- дов, полученных на основании анализа термограмм иссле- дуемых систем. В смесях сус- пензий клеток и фракций значе- ния температуры инверсии повышаются на 7–10°С, плав- ления эвтектики понижаются на 5,5–6°С, значения темпера- туры плавления всей системы остаются неизменными в пре- 318 Те пл оп ог ло щ ен ие , эн до H ea t ab so rp tio n, e nd o A B C Температура, °C Temperature, °C Рис. 3. ДСК-термограммы: A – фракция с молекулярной массой 750 кДа из свежеприготовленного экстракта плаценты; B – фракция с молекулярной массой 750 кДа из замороженного и хранившегося при –20°С экстракта плаценты; C – суспензия эритроцитов с фракцией 750 кДа из замороженного и хранившегося при –20°С экстракта плаценты (1:1). Fig. 3. DSC-thermograms: A – fraction with molecular weight of 750kDa from fresh placental extract; B – suspension of erythrocytes with fraction of 750 kDa from frozen and stored at –20°C placental extract; C – suspension of erythrocytes with fraction of 750 kDa from frozen and stored at –80°C placental extract (1:1). 319 problems of cryobiology Vol. 21, 2011, №3 проблемы криобиологии Т. 21, 2011, №3 клеточными мембранами затрудняет инверсию и тем самым способствует снижению её интенсив- ности и, как видно из таблицы, повышению темпе- ратуры данного процесса. Исследования низкотемпературных фазовых переходов в системе, содержащей низкомолеку- лярную фракцию экстракта плаценты и клеточную суспензию S. cerevisiae, были проведены для опре- деления общих закономерностей влияния клеток на физические процессы в суспензиях, содержа- щих фракции экстрактов плаценты и клетки при изменении температуры. Сравнивая термограммы низкомолекулярной фракции свежеприготовленного экстракта плацен- ты (рис. 4, A) и низкомолекулярной фракции экс- тракта, замороженного до –196°С (рис. 4, B), мож- но отметить более низкое значение интенсивности пика инверсии на рис. 4, B. Остальные переходы не претерпевали изменений. На термограмме для суспензии клеток S. cere- visiae в физиологическом растворе (рис. 4, C) имеется лишь один эндотермический пик, соответ- ствующий плавлению клеточной суспензии. На тер- мограмме смеси низкомолекулярной фракции экс- тракта с суспензией клеток S. cerevisiae в физио- логическом растворе (рис. 4, D) наблюдаются такие изменения: процесс, соответствующий пику 1 (инверсия), протекает при более высокой темпе- ратуре (–82°С) и с меньшей интенсивностью по сравнению с рассмотренной выше замороженной низкомолекулярной фракцией экстракта (рис. 4, B). Значительно снижается интенсивность пика плав- ления эвтектики. Снижение интенсивности плавления эвтектики в смесях, содержащих как эритроциты в присут- ствии фракций всех типов, так и S. cerevisiae с до- бавлением низкомолекулярной фракции, по срав- нению с фракциями из свежеприготовленного экстракта, возможно, обусловлено тем, что опре- деленная часть молекул воды связывается с орга- ническими компонентами фракции экстрактов и в образовании эвтектических составов не принимает участия. Мы полагаем, что снижение интенсивности инверсии, наблюдаемое при смешивании фракции с суспензией S. cerevisiae, по сравнению с конт- рольным образцом фракции экстракта, также опре- деляется связыванием молекул, участвующих в инверсии, с клеточными мембранами. Как свиде- тельствуют полученные данные, изменение интен- сивности и температуры процессов инверсии и эвтектики является общим физико-химическим свойством систем, содержащих фракции экстрак- тов плаценты при добавлении к ним различных клеток. fresh extract is likely stipulated with the fact that the certain part of molecules is bound with organic com- ponents of the extract fraction and does not partici- pate in the formation of eutectic compositions. We believe that the reduced inversion intensity, ob- served when mixing the fractions with S. cerevisiae suspension if compared with the control sample of ex- tract fraction is also determined by the binding of in- version-involved molecules with cell membranes. As the findings demonstrate the change in intensity and temperature of inversion and eutectics processes is a common physical-chemical feature of the systems, containing the fractions of placental extracts when supplementing them with various cell suspensions. Conclusions In the research the common regularities of cell ef- fect on low temperature phase transitions in different placental extract fractions were found. 1. In the presence of cells the eutectics melting in- tensity in aqueous-saline solutions of proteins, repre- senting the placental extract fractions, decreased. The obtained results may be explained by the change in Рис. 4. ДСК-термограммы: A – фракция до 5 кДа из свежеприготовленного экстракта плаценты; B – фракция до 5 кДа из предварительно замороженного до –196°С экстракта; C – дрожжи S. cerevisiae в физиологическом растворе; D – суспензия дрожжей S. cerevisiae в физио- логическом растворе и фракция до 5 кДа из экстракта свежеприготовленной плаценты (1:1). Fig. 4. DSC-thermograms: A – fraction with molecular weight of up to 5 kDa from fresh placental extract; B – suspension of erythrocytes with fraction of 5 kDa from preliminarily frozen down to –196°C extract; C – S. cerevisiae in physio- logical solution; D – S. cerevisiae in physiological solution and fraction up to 5 kDa from the fresh placental extract (1:1). Те пл оп ог ло щ ен ие , эн до H ea t ab so rp tio n, e nd o A B C Температура, °C Temperature, °C D 320 problems of cryobiology Vol. 21, 2011, №3 проблемы криобиологии Т. 21, 2011, №3 intermolecular interactions in a liquid phase as a result of competition between active centers of organic mol- ecules to bind the water molecules. 2. Intensity of low energetic process of inversion, related to conformational change of molecules in the extract fractions, significantly reduces when adding to them of cell suspensions as a result of interaction of protein molecules of inversion-involved fractions with the cells. The authors express their thanks to Dr. E.D. Rozanova for the deriving of human placental extract fractions as well as to research assistant A.Yu. Artuyants for the obtain- ing of S. cerevisiae cell suspension Выводы В работе выявлены общие закономерности влия- ния клеток на низкотемпературные фазовые пере- ходы в различных фракциях экстрактов плаценты. 1. В присутствии клеток уменьшается интен- сивность плавления эвтектики в водно-солевых растворах белков, представляющих собой фракции экстрактов плаценты. Полученные результаты можно объяснить изменением межмолекулярных взаимодействий в жидкой фазе в результате конкуренции между активными центрами органи- ческих молекул за присоединение молекул воды. 2. Интенсивность низкоэнергетического процес- са инверсии, связанного с конформационным изме- нением молекул во фракциях экстрактов, значи- тельно снижается при добавлении к ним клеточных суспензий в результате взаимодействия белковых молекул фракций, участвующих в процессе инвер- сии, с клетками. Авторы выражают благодарность канд. биол. наук Розановой Е.Д. за получение фракций экстрактов пла- центы человека и инж. I категории Артуянц А.Ю. за получение клеточной суспензии S. cerevisiae. Литература Зинченко А.В. Исследование фазовых переходов и физических состояний водных растворов многоатомных спиртов в диапазоне температур –150°С–0°С: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук.– Киев, 1983.– 20 с. Погожих Д.Н., Розанова Е.Д., Нардид О.А. Изменение некоторых структурных параметров эритроцитов под действием экстрактов плаценты // Гематологія і пере- ливання крові.– 2006.– №3.– С. 139–141. Потапов В.М. Стереохимия.– М.: Химия, 1988.– 463 с. Розанова С.Л., Науменко Е.И., Розанова Е.Д., Нардид О.А. Изменение антиоксидантных свойств экстрактов пла- центы человека после замораживания // Проблемы крио- биологии.– 2010.– Т. 20, №3.– С. 288–295. Сиренко А.Ю., Марценюк В.Ф., Высеканцев И.П. Сахаро- литические свойства и чувствительность к антими- котикам грибов рода Candida после криоконсервирова- ния // Вісник проблем біології і медицини.– 2008.– Вип. 4.– С. 38–42. Уэндландт У. Термические методы анализа.– М.: Мир, 1978.– 526 с. Goldfarb G., Doan Ba Tri R., Duran A. Human placental extract for chronic leg ulcer // Lancet.– 1980.– Vol. 316, N8184.– P. 40. Sur T.K., Biswas T.K., Ali L., Mukherjee D. Anti-inflammatory and anti-platelet aggregation activity of human placental extract // Acta Pharmacol. Sin.– 2003.– Vol. 24, N2.– P. 187–192. Togashi S., Takashi N., Kubo Y. et al. Purification and identification of antioxidant substances in human placenta extracts // J. Health Sci.– 2000.– Vol. 46, N2.– P. 117–125. Tonello G., Daglio M., Zaccarelli N. et al. Characterization and quantitation of active polynucleotide fraction (PDRN) from human placenta, a tissue repair stimulating agent // J. Pharm Biomed. Anal.– 1996. – Vol. 14, N11.– P. 1555–1560. Поступила 05.08.2011 Рецензент А.И. Осецкий References Zinchenko A.V. Study of phase transitions and physical states of aqueous solutions of multi-atom alcohols within the temperature range of –150°С...0°С: Author's abstract of the thesis of cand. of physical and mathematical sciences.– Kiev, 1983.– 20 p. Pogozhykh D.N., Rozanova E.D., Nardid O.A. Change of some structural parameters of erythrocytes under effect of placental extracts // Hematologiya i Perelyvannya Krovi.– 2006.– N3.– P. 139–141. Potapov V.M. Stereochemistry.– Moscow: Khimiya, 1988.– 463 p. Rozanova S.L., Naumenko E.I., Rozanova E.D., Nardid O.A. Change of antioxidative properties of human placental extracts after freezing // Problems of Cryobiology.– 2010.– Vol. 20, N3.– P. 288–295. Sirenko A.Yu., Martsenyuk V.F., Vysekantsev I.P. Saccha- rolytic properties and sensitivity to antimycotics of Candida fungi after cryopreservation// Visnyk Problem Biologii i Meditsyny.– 2008.– Issue 4.– P. 38–42. Wendlandt W. Thermal methods of analysis.– Moscow: Mir, 1978.– 526 p. Goldfarb G., Doan Ba Tri R., Duran A. Human placental extract for chronic leg ulcer // Lancet.– 1980.– Vol. 316, N8184.– P. 40. Sur T.K., Biswas T.K., Ali L., Mukherjee D. Anti-inflammatory and anti-platelet aggregation activity of human placental extract // Acta Pharmacol. Sin.– 2003.– Vol. 24, N2.– P. 187–192. Togashi S., Takashi N., Kubo Y. et al. Purification and identification of antioxidant substances in human placenta extracts // J. Health Sci.– 2000.– Vol. 46, N2.– P. 117–125. Tonello G., Daglio M., Zaccarelli N. et al. Characterization and quantitation of active polynucleotide fraction (PDRN) from human placenta, a tissue repair stimulating agent // J. Pharm Biomed. Anal.– 1996. – Vol. 14, N11.– P. 1555–1560. Accepted 05.08.2011 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Фазовые переходы в смесях клеточных суспензий с фракциями экстрактов плаценты человека при температуре ниже 0°C

Institution

Similar Items