vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2024-1-84-88vguit-3374Research ArticleПищевая биотехнологияFood biotechnologyМетаболические процессы в костной ткани при воздействии гипертермии и введении аллогенного кальцийсодержащего биоматериала «Лиопласт»Metabolic processes in bone tissue under exposure to hyperthermia and administration of allogenic calcium-containing biomaterial "Lyoplast"ПисареваЕ. В.PisarevaE. V.

к.б.н., заведующий, кафедра биохимии, биотехнологии и биоинженерии, Московское шоссе, 34, г. Самара, 443086, Россия

Cand. Sci. (Biol.), head, biochemistry, biotechnology and bioengineering department, Moscow Hwy, 34, Samara, 443086, Russia

noreplay5@neicon.ruВласовМ. Ю.VlasovM. Y.

к.б.н., доцент, кафедра биохимии, биотехнологии и биоинженерии, Московское шоссе, 34, г. Самара, 443086, Россия; ведущий научный сотрудник, научно-исследовательский институт биотехнологий, Самарский государственный медицинский университет, ул. Чапаевская, 89, г. Самара, 443099, Россия

Cand. Sci. (Biol.), associate professor, biochemistry, biotechnology and bioengineering department, Moscow Hwy, 34, Samara, 443086, Russia; lead scientist, biotechnology research institute, Samara State Medical University, Chapaevskaya St, 89, Samara, 443099, Russia

noreplay4@neicon.ruВоловаЛ. Т.VolovaL. T.

д.м.н., профессор, директор, научно-исследовательский институт биотехнологий, ул. Чапаевская, 89, г. Самара, 443099, Россия

Dr. Sci. (Med.), director, biotechnology research institute, Chapaevskaya St, 89, Samara, 443099, Russia

noreplay3@neicon.ruИщенкоК. С.IshchenkoK. S.

магистр, кафедра экологии, ботаники и охраны природы, Московское шоссе, 34, г. Самара, 443086, Россия

master student, ecology, botany and nature conservation department, Moscow Hwy, 34, Samara, 443086, Russia

noreplay2@neicon.ruСергееваС. С.SergeevaS. S.

магистр, м кафедра биохимии, биотехнологии и биоинженерии, Московское шоссе, 34, г. Самара, 443086, Россия

master student, biochemistry, biotechnology and bioengineering department, Moscow Hwy, 34, Samara, 443086, Russia

noreplay1@neicon.ruСамарский национальный исследовательский университетSamara National Research UniversityСамарский государственный медицинский университетSamara State Medical University2024260220248618488Copyright © Писарева Е.В., Власов М.Ю., Волова Л.Т., Ищенко К.С., Сергеева С.С., 20242024Писарева Е.В., Власов М.Ю., Волова Л.Т., Ищенко К.С., Сергеева С.С.Pisareva E.V., Vlasov M.Y., Volova L.T., Ishchenko K.S., Sergeeva S.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.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/3374

Стресс увеличивает выработку стероидных гормонов глюкокортикоидов, которые усиливают процессы резорбции кости. Для лечения заболеваний костной ткани в медицине используются препараты, регулирующие фосфорно-кальциевый обмен в организме. Перспективным биоматериалом является минеральный компонент кости аллогенного происхождения, содержащий гидроксиапатит и аморфный фосфат кальция, способствующий усилению регенерации костной ткани за счет хорошей биосовместимости и стимуляция процессов костеобразования. В настоящей работе изучены параметры метаболизма костной ткани при ежедневном стрессовом воздействии высокой температуры и внутримышечном введении суспензии минерального компонента кости «Лиопласт» животным. Отмечено повышение кортизола и снижение активности щелочной фосфатазы в сыворотке крови животных, подвергнутых гипертермии. Активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови в группе с гипертермией и группе плацебо снижалась в среднем на 25%. Активность фермента в группе животных, которым вводили костный компонент, статистически не отличалась от контрольного уровня. У животных, подвергшихся гипертермии на фоне введения минерального компонента кости, уровень паратгормона повышался одновременно с уровнем кальцитонина. Уровень паратгормона в сыворотке крови был ниже в группе с гипертермией, чем в контрольной группе. При этом уровень в группе с гипертермическим воздействием и введением минерального компонента кости был выше, чем в контроле, тем самым была установлена реципрокная связь между двумя гормонами - паратгормоном и кальцитонином. Таким образом, введение суспензии минерального компонента кости способствует снижению интенсивности остеорезорбции. Использование биоматериала, полученного оригинальным методом, способствует снижению интенсивности остеорезорбции в высокотемпературной модели. При введении суспензии минерального компонента кости остеодеструктивный эффект эндогенного приема глюкокортикоидов сглаживается и в значительной степени устраняется. С учетом высокого потенциала практического применения минерального компонента кости необходимы исследования его безопасности и эффективности на других биологических моделях с дальнейшим внедрением в клиническую практику.

Stress increases the production of glucocorticoids, which enhance bone resorption processes. To treat bone tissue diseases, medicine uses drugs that regulate phosphorus-calcium metabolism. A promising biomaterial is a bone mineral component (BMC) of allogenic origin, containing hydroxyapatite and amorphous calcium phosphate, which enhances bone tissue regeneration. In this work the parameters of bone tissue metabolism were studied under daily stress exposure to high temperature and intramuscular administration of a suspension of bone mineral component “Lyoplast” to animals. There was an increase in cortisol and a decrease in alkaline phosphatase activity in the blood serum subjected to hyperthermia. Serum alkaline phosphatase activity in the hyperthermia group and the placebo group decreased by an average of 25%. The enzyme activity in animals that were injected with the bone component did not differ statistically from the control level. In animals exposed to hyperthermia due to the administration of a bone mineral component, the level of parathyroid hormone increased simultaneously with the calcitonin level. Serum parathyroid hormone levels were lower in the hyperthermia group than in the control one. А reciprocal relationship between two hormones, parathyroid hormone and calcitonin, has been established. Thus, the introduction of a suspension of the bone mineral component helps to reduce the intensity of osteoresorption. The use of biomaterial obtained by the original method helps to reduce the intensity of osteoresorption in the high-temperature model. With the introduction of a suspension of the bone mineral component, the osteodestructive effect of endogenous glucocorticoids is smoothed out and largely eliminated. Given the high potential for practical use of the bone mineral component, further research of its safety and effectiveness in other biological models is necessary with further implementation in clinical practice.

высокая температураминеральный компоненткостная тканькортизолщелочная фосфатазапаратгормонкальцитониностеорезорбцияhigh temperaturemineral componentbone tissuecortisolalkaline phosphataseparathyroid hormonecalcitoninosteoresorptionReferencesKelly R.R., McDonald L.T., Jensen N.R. et al. Impacts of psychological stress on osteoporosis: clinical implications and treatment interactions. Front Psychiatry. 2019. no. 10. pp. 200.Kelly R.R., McDonald L.T., Jensen N.R. et al. Impacts of psychological stress on osteoporosis: clinical implications and treatment interactions. Front Psychiatry. 2019. no. 10. pp. 200.Hang K., Ye C., Chen E.et al. Role of the heat shock protein family in bone metabolism. Cell Stress Chaperones. 2018. vol. 23. no. 6. pp. 1153–1164.Hang K., Ye C., Chen E.et al. Role of the heat shock protein family in bone metabolism. Cell Stress Chaperones. 2018. vol. 23. no. 6. pp. 1153–1164.Takuma A., Kaneda T., Sato T. et al. Dexamethasone enhances osteoclast formation synergistically with transforming growth factor-beta by stimulating the priming of osteoclast progenitors for differentiation into osteoclasts. J Biol Chem. 2003. vol. 278. no. 45. pp. 44667–44674.Takuma A., Kaneda T., Sato T. et al. Dexamethasone enhances osteoclast formation synergistically with transforming growth factor-beta by stimulating the priming of osteoclast progenitors for differentiation into osteoclasts. J Biol Chem. 2003. vol. 278. no. 45. pp. 44667–44674.Xi L., De Falco P., Barbieri E. et al. Reduction of fibrillar strain-rate sensitivity in steroid-induced osteoporosis linked to changes in mineralized fibrillar nanostructure. Bone. 2020. vol. 131. pp. 115111.Xi L., De Falco P., Barbieri E. et al. Reduction of fibrillar strain-rate sensitivity in steroid-induced osteoporosis linked to changes in mineralized fibrillar nanostructure. Bone. 2020. vol. 131. pp. 115111.Urazgildeev Z.I., Bushuev O.M., Berchenko G.N. The use of a collapan for the plate of osteomyelitic bone defects. Bulletin of traumatology and orthopedics N.N. Priorov. 2006. no. 2. pp. 31–34.Urazgildeev Z.I., Bushuev O.M., Berchenko G.N. The use of a collapan for the plate of osteomyelitic bone defects. Bulletin of traumatology and orthopedics N.N. Priorov. 2006. no. 2. pp. 31–34.Esmaeilkhanian A., Sharifianjazi F., Abouchenari A. et al. Synthesis and characterization of natural nano-hydroxyapatite derived from turkey femur-bone waste. Appl Biochem Biotechnol. 2019. vol. 189. no. 3. pp. 919–932.Esmaeilkhanian A., Sharifianjazi F., Abouchenari A. et al. Synthesis and characterization of natural nano-hydroxyapatite derived from turkey femur-bone waste. Appl Biochem Biotechnol. 2019. vol. 189. no. 3. pp. 919–932.Podkovkin V.G., Pisareva E.V., Alenina N.V., The effect of high temperature on biochemical processes modified by perturbed geomagnetic field. Radiatsionnaia biologiia, radioecologiia. 2000. vol. 40. pp. 105–107.Podkovkin V.G., Pisareva E.V., Alenina N.V., The effect of high temperature on biochemical processes modified by perturbed geomagnetic field. Radiatsionnaia biologiia, radioecologiia. 2000. vol. 40. pp. 105–107.Volova L.T., Podkovkin V.G., Pisareva E.V., Vlasov M.Yu. Bioimplant to restore the structure and volume of bone tissue. Patent RF, no. 2372892, 2008.Volova L.T., Podkovkin V.G., Pisareva E.V., Vlasov M.Yu. Bioimplant to restore the structure and volume of bone tissue. Patent RF, no. 2372892, 2008.Deng S., Dai G., Chen S. et al. Dexamethasone induces osteoblast apoptosis through ROS-PI3K/AKT/GSK3β signaling pathway. Biomed Pharmacothe. 2019. vol. 110. pp. 602–608.Deng S., Dai G., Chen S. et al. Dexamethasone induces osteoblast apoptosis through ROS-PI3K/AKT/GSK3β signaling pathway. Biomed Pharmacothe. 2019. vol. 110. pp. 602–608.Komori T. Glucocorticoid signaling and bone biology. Horm Metab Res. 2016. vol. 48. no. 11. pp. 755–763.Komori T. Glucocorticoid signaling and bone biology. Horm Metab Res. 2016. vol. 48. no. 11. pp. 755–763.Wang T., Yu X., He C. Pro-inflammatory cytokines: cellular and molecular drug targets for glucocorticoid-induced-osteoporosis via osteocyte. Curr. Drug Targets. 2019. vol. 20. no. 1. pp. 1–15.Wang T., Yu X., He C. Pro-inflammatory cytokines: cellular and molecular drug targets for glucocorticoid-induced-osteoporosis via osteocyte. Curr. Drug Targets. 2019. vol. 20. no. 1. pp. 1–15.Martin A., David V., Quarles L.D. Regulation and function of the FGF23/klotho endocrine pathways. Physiol Rev. 2012. vol. 92. no. 1. pp. 131–155.Martin A., David V., Quarles L.D. Regulation and function of the FGF23/klotho endocrine pathways. Physiol Rev. 2012. vol. 92. no. 1. pp. 131–155.Lombardi G., Ziemann E., Banfi G., Corbetta S. Physical activity-dependent regulation of parathyroid hormone and calcium-phosphorous metabolism. Int J Mol Sci. 2020. vol. 21. no.15. pp. 5388.Lombardi G., Ziemann E., Banfi G., Corbetta S. Physical activity-dependent regulation of parathyroid hormone and calcium-phosphorous metabolism. Int J Mol Sci. 2020. vol. 21. no.15. pp. 5388.Tian E., Watanabe F., Martin B., Zangari M. Innate biomineralization. Int J Mol Sci. 2020. vol. 21. no. 14. pp. 4820.Tian E., Watanabe F., Martin B., Zangari M. Innate biomineralization. Int J Mol Sci. 2020. vol. 21. no. 14. pp. 4820.Confavreux C.B. Bone: from a reservoir of minerals to a regulator of energy metabolism. Kidney Int Suppl. 2011. vol. 79. no. 121. pp. 14–19.Confavreux C.B. Bone: from a reservoir of minerals to a regulator of energy metabolism. Kidney Int Suppl. 2011. vol. 79. no. 121. pp. 14–19.Peri-Okonny P., Baskin K.K., Iwamoto G.et al. High-phosphate diet induces exercise intolerance and impairs fatty acid metabolism in mice. Circulation. 2019. vol. 139. no. 11. pp. 1422–1434.Peri-Okonny P., Baskin K.K., Iwamoto G.et al. High-phosphate diet induces exercise intolerance and impairs fatty acid metabolism in mice. Circulation. 2019. vol. 139. no. 11. pp. 1422–1434.Chinnadurai R.K., Saravanaraman P., Boopathy R. The significance of aryl acylamidase activity of acetylcholinesterase in osteoblast differentiation and mineralization. Mol Cell Biochem. 2018. vol. 440 (1–2). pp. 199–208.Chinnadurai R.K., Saravanaraman P., Boopathy R. The significance of aryl acylamidase activity of acetylcholinesterase in osteoblast differentiation and mineralization. Mol Cell Biochem. 2018. vol. 440 (1–2). pp. 199–208.Naot D., Musson D.S., Cornish J. The Activity of Peptides of the Calcitonin Family in Bone. Physiol Rev. 2019. vol. 99. no. 1. pp. 781–805.Naot D., Musson D.S., Cornish J. The Activity of Peptides of the Calcitonin Family in Bone. Physiol Rev. 2019. vol. 99. no. 1. pp. 781–805.Weng S.J., Yan D.Y., Gu L.J., Combined treatment with vitamin K2 and PTH enhanced bone formation in ovariectomized rats and increased differentiation of osteoblast in vitro. Chem. Biol. Interact. 2019. vol. 300. pp. 101–110.Weng S.J., Yan D.Y., Gu L.J., Combined treatment with vitamin K2 and PTH enhanced bone formation in ovariectomized rats and increased differentiation of osteoblast in vitro. Chem. Biol. Interact. 2019. vol. 300. pp. 101–110.Yao C.J., Lv Y., C.J. Zhang. MicroRNA185 inhibits the growth and proliferation of osteoblasts in fracture healing by targeting PTH gene through down-regulating Wnt/β – catenin axis: in an animal experiment. Biochem Biophys Res Commun. 2018. vol. 501. no. 1. pp. 55–63.Yao C.J., Lv Y., C.J. Zhang. MicroRNA185 inhibits the growth and proliferation of osteoblasts in fracture healing by targeting PTH gene through down-regulating Wnt/β – catenin axis: in an animal experiment. Biochem Biophys Res Commun. 2018. vol. 501. no. 1. pp. 55–63.Matsumoto T., Kuriwaka-Kido R., Kondo T. Regulation of osteoblast differentiation by interleukin11 via AP1 and Smad signaling. Endocr J. 2012. vol. 59. no. 2. pp. 91–101.Matsumoto T., Kuriwaka-Kido R., Kondo T. Regulation of osteoblast differentiation by interleukin11 via AP1 and Smad signaling. Endocr J. 2012. vol. 59. no. 2. pp. 91–101.Frenkel B., White W. Tuckermann J. Glucocorticoid-Induced Osteoporosis. Adv Exp Med Biol. 2015. vol. 872. pp. 179–215.Frenkel B., White W. Tuckermann J. Glucocorticoid-Induced Osteoporosis. Adv Exp Med Biol. 2015. vol. 872. pp. 179–215.Delgado-Calle J., Sato A.Y., Bellido T. Role and mechanism of action of sclerostin in bone. Bone. 2017. vol. 96. pp. 29–37.Delgado-Calle J., Sato A.Y., Bellido T. Role and mechanism of action of sclerostin in bone. Bone. 2017. vol. 96. pp. 29–37.

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