Изучение влияния фитоэкстракта на основе шелухи и зародышевой пленки риса, зеленого чая на функциональные свойства клеток, участвующих в метаболизме костной ткани

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.

1. Cosman 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/s00198-014-2794-2

2. NIH Consensus Development Panel on Osteoporosis Prevention, Diagnosis, and Therapy. Osteoporosis prevention, diagnosis, and therapy. JAMA. 2001;285(6):785–795. doi: 10.1001/jama.285.6.785

3. Kim B., Cho Y., Lim W. Osteoporosis therapies and their mechanisms of action (Review). Exp. Ther. Med. 2021;22(6):1379. doi: 10.3892/etm.2021.10815

4. Zofková I., Nemcikova P., Matucha P. Trace elements and bone health. Clin. Chem. Lab. Med. 2013;51(8):1555–1561. doi: 10.1515/cclm-2012-0868

5. Belluci 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.2012.12.008

6. Saltman P.D., Strause L.G. The role of trace minerals in osteoporosis. J. Am. Coll. Nutr. 1993;12(4):384–389. doi: 10.1080/07315724.1993.10718327

7. Okyay 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.2013.07.015

8. 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.

9. 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: 10.1155/2013/316783

10. Pavone 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.2017.00803

11. Cooper C., Ferrari S. IOF compendium of osteoporosis. 2nd Edition. Int. Osteoporos Found., 2019. 92 p.

12. 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.

13. 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.2015-4017

14. Ha 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.2020.14.1.55

15. Андреенко Л., Комарова В. НаБиКат с хелатом кремния. Животноводство России. 2020;(2): 14–16.

16. 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.2008.04.014

17. Jugdaohsingh 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.0301225

18. Schwarz K. A bound form of silicon in glycosaminoglycans and polyuronides. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1973;70(5):1608–1612. doi: 10.1073/pnas.70.5.1608

19. Yalçin N., Sevinç V. Studies on silica obtained from rice husk. Ceram. Int. 2001;27(2):219–224. doi: 10.1016/S0272-8842(00)00068-7

20. He 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.13282

21. Parish 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/cancers15030862

22. Dong 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/s12011-016-0686-3

23. Nedjari 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.3108

24. Shie 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.2011.02.023

25. Ji 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: 10.2174/1574888x15666200324165655

26. Czekanska 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.v024a01

27. Florencio-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