sibmedСибирский научный медицинский журналСибирский научный медицинский журнал2410-25122410-2520ИЦиГ СО РАН10.18699/SSMJ20240316sibmed-1561Research ArticleМЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИBIOMEDICINEИзучение влияния фитоэкстракта на основе шелухи и зародышевой пленки риса, зеленого чая на функциональные свойства клеток, участвующих в метаболизме костной тканиStudy of the effect of phytoextract based on rice husk and germ film, green tea on the functional properties of cells involved in bone tissue metabolismhttps://orcid.org/0000-0002-8226-8996СитниковаН. А.SitnikovaN. A.

Ситникова Наталья Александровна

630060, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

Natalya A. Sitnikova

630060, Novosibirsk, Timakova st., 2

sitnikovanat9@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8443-656XБондаренкоН. А.BondarenkoN. A.

Бондаренко Наталья Анатольевна, к.б.н.

630060, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

Natalya A. Bondarenko, сandidate of biological sciences

630060, Novosibirsk, Timakova st., 2

bond802888@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6670-7370КушнаренкоА. О.KushnarenkoA. O.

Кушнаренко Андрей Олегович

630060, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

Andrey O. Kushnarenko

630060, Novosibirsk, Timakova st., 2

aokushnarenko@mail.ruНИИ клинической и экспериментальной лимфологии – филиал ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАНРоссияResearch Institute of Clinical and Experimental Lymphology – Branch of the Federal Research Center Institute of Cytology and Genetics SB RASRussian Federation202404072024443142150Copyright © Ситникова Н.А., Бондаренко Н.А., Кушнаренко А.О., 20242024Ситникова Н.А., Бондаренко Н.А., Кушнаренко А.О.Sitnikova N.A., Bondarenko N.A., Kushnarenko A.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sibmed.elpub.ru/jour/article/view/1561

Остеопороз – это заболевание, связанное со снижением плотности и качества костной ткани. Костная ткань особенно чувствительна к изменениям содержания микроэлементов в организме. Дефицит макро- и микроэлементов (кремний, кальций, марганец и др.) может привести к развитию остеопороза. Цель исследования – изучение влияния фитокомплекса НаБиКат на жизнеспособность и функциональную активность фибробластов, мезенхимальных стволовых клеток (МСК), остеобластов и остеокластов, участвующих в метаболизме костной ткани при остеопорозе. Материал и методы. В работе использовали водный раствор фитокомплекса НаБиКат, состоящего из шелухи и зародышевой пленки риса, зеленого чая; содержание в нем базовых химических элементов измеряли с использованием атомно-иммерсионного спектрального анализа. Цитотоксичность фитоэкстракта оценивали на фибробластах, МСК, остеобластах человека с помощью МТТ-теста. Активность митохондрий в клетках определяли методом окраски флуоресцентным красителем ТМРМ. Продукцию внутриклеточных белков в остеобластах, остеокластах оценивали с помощью проточной цитометрии. Результаты и их обсуждение. В водном растворе фитоэкстракта обнаруживается в большом количестве натрий, калий, кремний, марганец, магний и небольшое количество кальция, железа. Фитоэкстракт не оказывал цитотоксического действия на фибробласты и стимулировал пролиферацию МСК и остеобластов до 112–128 и 130 % соответственно. В максимальной концентрации фитокомплекс снижал пролиферацию остеобластов. Активность митохондрий в МСК и остеобластах фитоэкстракт повышал, в фибробластах и остеокластах – уменьшал. Под его влиянием в остеобластах наблюдалось увеличение синтеза белка RANKL, количество коллагена 1 типа не изменялось, а в остеокластах снижалась продукция катепсина К, при этом содержание ММР-9 оставалось прежним. Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о том, что водный фитоэкстракт на основе шелухи и зародышевой пленки риса, листьев зеленого чая является безопасным для МСК, фибробластов, остеобластов, остеокластов человека и способен стимулировать функциональную активность остеобластов, а также снижать активность остеокластов благодаря высокому содержанию макро- и микроэлементов.

Osteoporosis is a disease associated with a decrease of bone density and quality. Bone tissue is especially sensitive to changes in trace element content in the body. Deficiency of macro- and microelements (silicon, calcium, manganese, etc.) can lead to the development of osteoporosis. The aim of the research was to study the effect of NaBiKat phytoextract on the viability and functional activity of fibroblasts, mesenchymal stem cells (MSCs), osteoblasts and osteoclasts, involved in bone metabolism in osteoporosis. Material and methods. An aqueous solution of the NaBiKat phytocomplex consisting of rice husks and germ film, green tea was used in the work; its content of basic chemical elements was measured using atomic immersion spectral analysis. The cytotoxicity of the phytoextract was evaluated on fibroblasts, MSCs, and osteoblasts of humans using the MTT test. The activity of mitochondria in cells was assessed by staining with a fluorescent dye TMRM. The production of intracellular proteins in osteoblasts and osteoclasts was determined using flow cytometry. Results and discussion. In an aqueous solution of phytoextract, a large amount of sodium, potassium, silicon, manganese, magnesium and a small amount of calcium, iron are found. The phytoextract did not have a cytotoxic effect on fibroblasts and stimulated proliferation of MSCs and osteoblasts up to 112–128 % and up to 130 %, respectively. At maximum concentration, the phytocomplex reduced osteoblast proliferation. Phytocomplex enhanced mitochondria activity in MSCs and osteoblasts, reduced in fibroblasts and osteoclasts. Under its influence, an increase in RANKL synthesis was observed in osteoblasts, the amount of type 1 collagen did not change, and cathepsin K production decreased in osteoclasts, while it did not significantly affect MMP-9 content. Conclusions. The results obtained indicate that an aqueous phytoextract based on rice husk and germ film, green tea leaves is safe for MSCs, fibroblasts, osteoblasts, and osteoclasts in humans and is able to stimulate the functional activity of osteoblasts, as well as reduce the activity of osteoclasts due to the high content of macro- and microelements.

фитокомплекскремнийостеобластымезенхимальные стволовые клеткиостеокластыпролиферацияактивность митохондрийостеопорозphytocomplexsiliciumosteoblastsmesenchymal stem cellsosteoclastsproliferationmitochondrial activityosteoporosisРабота выполнена по теме государственного задания № FWNR-2024-0005.The work was carried out according to state assignment № FWNR-2024-0005.ReferencesCosman F., de Beur S.J., LeBoff M.S., Lewiecki E.M., Tanner B., Randall S., Lindsay R.; National Osteoporosis Foundation. Clinician’s guide to prevention and treatment of osteoporosis. Osteoporos. Int. 2014;25(10):2359–2381. doi: 10.1007/s00198-014-2794-2Cosman F., de Beur S.J., LeBoff M.S., Lewiecki E.M., Tanner B., Randall S., Lindsay R.; National Osteoporosis Foundation. Clinician’s guide to prevention and treatment of osteoporosis. Osteoporos. Int. 2014;25(10):2359–2381. doi: 10.1007/s00198-014-2794-2NIH Consensus Development Panel on Osteoporosis Prevention, Diagnosis, and Therapy. Osteoporosis prevention, diagnosis, and therapy. JAMA. 2001;285(6):785–795. doi: 10.1001/jama.285.6.785NIH Consensus Development Panel on Osteoporosis Prevention, Diagnosis, and Therapy. Osteoporosis prevention, diagnosis, and therapy. JAMA. 2001;285(6):785–795. doi: 10.1001/jama.285.6.785Kim B., Cho Y., Lim W. Osteoporosis therapies and their mechanisms of action (Review). Exp. Ther. Med. 2021;22(6):1379. doi: 10.3892/etm.2021.10815Kim B., Cho Y., Lim W. Osteoporosis therapies and their mechanisms of action (Review). Exp. Ther. Med. 2021;22(6):1379. doi: 10.3892/etm.2021.10815Zofková I., Nemcikova P., Matucha P. Trace elements and bone health. Clin. Chem. Lab. Med. 2013;51(8):1555–1561. doi: 10.1515/cclm-2012-0868Zofková I., Nemcikova P., Matucha P. Trace elements and bone health. Clin. Chem. Lab. Med. 2013;51(8):1555–1561. doi: 10.1515/cclm-2012-0868Belluci M.M., Schoenmaker T., Rossa-Junior C., Orrico S.R., de Vries T.J., Everts V. Magnesium deficiency results in an increased formation of osteoclasts. J. Nutr. Biochem. 2013;24(8):1488–1498. doi: 10.1016/j.jnutbio.2012.12.008Belluci M.M., Schoenmaker T., Rossa-Junior C., Orrico S.R., de Vries T.J., Everts V. Magnesium deficiency results in an increased formation of osteoclasts. J. Nutr. Biochem. 2013;24(8):1488–1498. doi: 10.1016/j.jnutbio.2012.12.008Saltman P.D., Strause L.G. The role of trace minerals in osteoporosis. J. Am. Coll. Nutr. 1993;12(4):384–389. doi: 10.1080/07315724.1993.10718327Saltman P.D., Strause L.G. The role of trace minerals in osteoporosis. J. Am. Coll. Nutr. 1993;12(4):384–389. doi: 10.1080/07315724.1993.10718327Okyay E., Ertugrul C., Acar B., Sisman A.R., Onvural B., Ozaksoy D. Comparative evaluation of serum levels of main minerals and postmenopausal osteoporosis. Maturitas. 2013;76(4):320–325. doi: 10.1016/j.maturitas.2013.07.015Okyay E., Ertugrul C., Acar B., Sisman A.R., Onvural B., Ozaksoy D. Comparative evaluation of serum levels of main minerals and postmenopausal osteoporosis. Maturitas. 2013;76(4):320–325. doi: 10.1016/j.maturitas.2013.07.015Wang L., Yu H., Yang G., Zhang Y., Wang W., Su T., Ma W., Yang F., Chen L., He L., Ma Y., Zhang Y. Correlation between bone mineral density and serum trace element contents of elderly males in Beijing urban area. Int. J. Clin. Exp. Med. 2015;8(10):19250–19257.Wang L., Yu H., Yang G., Zhang Y., Wang W., Su T., Ma W., Yang F., Chen L., He L., Ma Y., Zhang Y. Correlation between bone mineral density and serum trace element contents of elderly males in Beijing urban area. Int. J. Clin. Exp. Med. 2015;8(10):19250–19257.Price C.T., Koval K.J., Langford J.R. Silicon: A review of its potential role in the prevention and treatment of postmenopausal osteoporosis. Int. J. Endocrinol. 2013;2013:316783. doi: 10.1155/2013/316783Price C.T., Koval K.J., Langford J.R. Silicon: A review of its potential role in the prevention and treatment of postmenopausal osteoporosis. Int. J. Endocrinol. 2013;2013:316783. doi: 10.1155/2013/316783Pavone V., Testa G., Giardina S.M.C., Vescio A., Restivo D.A., Sessa G. Pharmacological therapy of osteoporosis: A systematic current review of literature. Front. Pharmacol. 2017;8:803. doi: 10.3389/fphar.2017.00803Pavone V., Testa G., Giardina S.M.C., Vescio A., Restivo D.A., Sessa G. Pharmacological therapy of osteoporosis: A systematic current review of literature. Front. Pharmacol. 2017;8:803. doi: 10.3389/fphar.2017.00803Cooper C., Ferrari S. IOF compendium of osteoporosis. 2nd Edition. Int. Osteoporos Found., 2019. 92 p.Cooper C., Ferrari S. IOF compendium of osteoporosis. 2nd Edition. Int. Osteoporos Found., 2019. 92 p.Иванов В.В., Маркузе И.Ю., Копылов В.М., Криволапова О.В., Кирилин А.Д. Способ получения аминооксиалкиленсодержащего олигоалкоксисилоксана и самоэмульгирующиеся композиции на его основе. Пат. 2389734 РФ; oпубл. 20.05.2010.Ivanov V.V., Markuze I.J., Kopylov V.M. , Krivolapova O.V., Kirilin A.D. A method for producing aminooxyalkylene-containing oligoalkoxysiloxane and self-emulsifying compositions based on it. Patent 2389734 RF; published 20.05.2010. [In Russian].Carbone L., Johnson K.C., Huang Y., Pettinger M., Thomas F., Cauley J., Crandall C., Tinker L., LeBoff M.S., Wactawski-Wende J., Bethel M., Li W., Prentice R. Sodium intake and osteoporosis. Findings from the women’s health initiative. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2016;101(4):1414–1421. doi: 10.1210/jc.2015-4017Carbone L., Johnson K.C., Huang Y., Pettinger M., Thomas F., Cauley J., Crandall C., Tinker L., LeBoff M.S., Wactawski-Wende J., Bethel M., Li W., Prentice R. Sodium intake and osteoporosis. Findings from the women’s health initiative. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2016;101(4):1414–1421. doi: 10.1210/jc.2015-4017Ha J., Kim S.A., Lim K., Shin S. The association of potassium intake with bone mineral density and the prevalence of osteoporosis among older Korean adults. Nutr. Res. Pract. 2020;14(1):55–61. doi: 10.4162/nrp.2020.14.1.55Ha J., Kim S.A., Lim K., Shin S. The association of potassium intake with bone mineral density and the prevalence of osteoporosis among older Korean adults. Nutr. Res. Pract. 2020;14(1):55–61. doi: 10.4162/nrp.2020.14.1.55Андреенко Л., Комарова В. НаБиКат с хелатом кремния. Животноводство России. 2020;(2): 14–16.Andreenko L., Komarova V. NaBiCat with silicon chelate. Zhivotnovodstvo Rossii = Livestock Farming in Russia. 2020;(2):14–16. [In Russian].Jugdaohsingh R., Calomme M.R., Robinson K., Nielsen F., Anderson S.H.C., d’Haese P., Geusens P., Loveridge N., Thompson R.P.H., Powell J.J. Increased longitudinal growth in rats on a silicon-depleted diet. Bone. 2008;43(3):596–606. doi: 10.1016/j.bone.2008.04.014Jugdaohsingh R., Calomme M.R., Robinson K., Nielsen F., Anderson S.H.C., d’Haese P., Geusens P., Loveridge N., Thompson R.P.H., Powell J.J. Increased longitudinal growth in rats on a silicon-depleted diet. Bone. 2008;43(3):596–606. doi: 10.1016/j.bone.2008.04.014Jugdaohsingh R., Tucker K.L., Qiao N., Cupples L.A., Kiel D.P., Powell J.J. Dietary silicon intake is positively associated with bone mineral density in men and premenopausal women of the framingham offspring cohort. J. Bone Miner. Res. 2004;19(2):297–307. doi: 10.1359/JBMR.0301225Jugdaohsingh R., Tucker K.L., Qiao N., Cupples L.A., Kiel D.P., Powell J.J. Dietary silicon intake is positively associated with bone mineral density in men and premenopausal women of the framingham offspring cohort. J. Bone Miner. Res. 2004;19(2):297–307. doi: 10.1359/JBMR.0301225Schwarz K. A bound form of silicon in glycosaminoglycans and polyuronides. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1973;70(5):1608–1612. doi: 10.1073/pnas.70.5.1608Schwarz K. A bound form of silicon in glycosaminoglycans and polyuronides. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1973;70(5):1608–1612. doi: 10.1073/pnas.70.5.1608Yalçin N., Sevinç V. Studies on silica obtained from rice husk. Ceram. Int. 2001;27(2):219–224. doi: 10.1016/S0272-8842(00)00068-7Yalçin N., Sevinç V. Studies on silica obtained from rice husk. Ceram. Int. 2001;27(2):219–224. doi: 10.1016/S0272-8842(00)00068-7He C., Ma J., Wang L. A hemicellulose-bound form of silicon with potential to improve the mechanical properties and regeneration of the cell wall of rice. New Phytol. 2015;206(3):1051–1062. doi: 10.1111/nph.13282He C., Ma J., Wang L. A hemicellulose-bound form of silicon with potential to improve the mechanical properties and regeneration of the cell wall of rice. New Phytol. 2015;206(3):1051–1062. doi: 10.1111/nph.13282Parish M., Massoud G., Hazimeh D., Segars J., Islam M.S. Green tea in reproductive cancers: could treatment be as simple? Cancers (Basel). 2023;15(3). doi: 10.3390/cancers15030862Parish M., Massoud G., Hazimeh D., Segars J., Islam M.S. Green tea in reproductive cancers: could treatment be as simple? Cancers (Basel). 2023;15(3). doi: 10.3390/cancers15030862Dong M., Jiao G., Liu H., Wu W., Li S., Wang Q., Xu D., Li X., Liu H., Chen Y. Biological silicon stimulates collagen type 1 and osteocalcin synthesis in human osteoblast-like cells through the BMP-2/Smad/RUNX2 signaling pathway. Biol. Trace Elem. Res. 2016;173(2):306–315. doi: 10.1007/s12011-016-0686-3Dong M., Jiao G., Liu H., Wu W., Li S., Wang Q., Xu D., Li X., Liu H., Chen Y. Biological silicon stimulates collagen type 1 and osteocalcin synthesis in human osteoblast-like cells through the BMP-2/Smad/RUNX2 signaling pathway. Biol. Trace Elem. Res. 2016;173(2):306–315. doi: 10.1007/s12011-016-0686-3Nedjari S., Awaja F., Guarino R., Gugutkov D., Altankov G. Establishing multiple osteogenic differentiation pathways of mesenchymal stem cells through different scaffold configurations. J. Tissue Eng. Regen. Med. 2020;14(10):1428–1437. doi: 10.1002/term.3108Nedjari S., Awaja F., Guarino R., Gugutkov D., Altankov G. Establishing multiple osteogenic differentiation pathways of mesenchymal stem cells through different scaffold configurations. J. Tissue Eng. Regen. Med. 2020;14(10):1428–1437. doi: 10.1002/term.3108Shie M.Y., Ding S.J., Chang H.C. The role of silicon in osteoblast-like cell proliferation and apoptosis. Acta Biomater. 2011;7(6):2604–2614. doi: 10.1016/j.actbio.2011.02.023Shie M.Y., Ding S.J., Chang H.C. The role of silicon in osteoblast-like cell proliferation and apoptosis. Acta Biomater. 2011;7(6):2604–2614. doi: 10.1016/j.actbio.2011.02.023Ji K., Ding L., Chen X., Dai Y., Sun F., Wu G., Lu W. Mesenchymal stem cells differentiation: mitochondria matter in osteogenesis or adipogenesis direction. Curr. Stem. Cell Res. Ther. 2020;15(7):602–606. doi: 10.2174/1574888x15666200324165655Ji K., Ding L., Chen X., Dai Y., Sun F., Wu G., Lu W. Mesenchymal stem cells differentiation: mitochondria matter in osteogenesis or adipogenesis direction. Curr. Stem. Cell Res. Ther. 2020;15(7):602–606. doi: 10.2174/1574888x15666200324165655Czekanska E.M., Stoddart M.J., Richards R.G., Hayes J.S. In search of an osteoblast cell model for in vitro research. Eur. Cells. Mater. 2012;24:1–17. doi: 10.22203/eCM.v024a01Czekanska E.M., Stoddart M.J., Richards R.G., Hayes J.S. In search of an osteoblast cell model for in vitro research. Eur. Cells. Mater. 2012;24:1–17. doi: 10.22203/eCM.v024a01Florencio-Silva R., Sasso G.R.D.S., SassoCerri E., Simões M.J., Cerri P.S. Biology of bone tissue: structure, function, and factors that influence bone cells. Biomed. Res. Int. 2015;2015:421746. doi: 10.1155/2015/421746Florencio-Silva R., Sasso G.R.D.S., SassoCerri E., Simões M.J., Cerri P.S. Biology of bone tissue: structure, function, and factors that influence bone cells. Biomed. Res. Int. 2015;2015:421746. doi: 10.1155/2015/421746

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