Agrarian Bulletin of the Agrarian Bulletin of the Аграрный вестник Урала 1997-4868 2307-0005 45189 10.32417/1997-4868-2021-209-06-53-60 Биология Biology Биология Evaluation of viability indicators of bovine spermatozoa after exposure to silicon dimethylglycerolate using flow cytofluorimetry Оценка показателей жизнеспособности сперматозоидов быков после воздействия диметилглицеролата кремния с использованием метода проточной цитофлуориметрии Накидкина Алена Николаевна Nakidkina Alena Nikolaevna КУЗЬМИНА Татьяна Ивановна KUZMINA T. I. Ivanovna Всероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения животных – филиал Федерального исследовательского центра животноводства – ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста Россия Всероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения животных – филиал Федерального исследовательского центра животноводства – ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста Russian Federation 209 06 53 60 15 07 2021 https://usau.editorum.ru/en/nauka/article/45189/view

Аннотация. В последние десятилетия активно ведется работа по разработке, изучению свойств и возможностей применения различных соединений кремния – второго по распространенности элемента на нашей планете. Данный неметалл и его диоксид (кремнезем) демонстрируют хорошую биологическую совместимость, безопасность для живых организмов, а также большое разнообразие физико-химических свойств в зависимости от способа получения и обработки. В частности, диметилглицеролат кремния (ДМГК) обладает трансмукозной и транскутанной проводимостью лекарственных средств, а гидрогели на его основе могут представлять интерес в качестве компонента, структурирующего среды для культивирования ооцитов и эмбрионов и/или криоконсервации/оттаивания гамет. Цель данного исследования – изучение влияния ДМГК в концентрациях 0,2 % и 0,02 % на мембранный потенциал митохондрий и показатели жизнеспособности сперматозоидов быков. Основным методом исследования стала проточная цитофлуориметрия с использованием двух наборов флуоресцентных зондов: йодид 3,3'-дигексилоксакарбоцианин (DiOC6(3))/этидиум бромид и Annexin V-FITC/пропидиум йодид. Результаты проведенной работы свидетельствуют, что ДМГК в концентрациях 0,2 % и 0,02 % не оказывает влияния на мембранный потенциал митохондрий, экстернализацию фосфатидилсерина и некротические процессы в популяции сперматозоидов быков. Научная новизна исследования заключается во впервые полученных данных об отсутствии цитотоксичности ДМГК для мужских гамет. Вкупе с данными о положительном влиянии данного соединения на морфологические показатели и состояние ядерного хроматина ооцитов свиней после интрафолликулярной витрификации следует заключить, что диметилглицеролат кремния представляет интерес при создании сред для криоконсервации/оттаивания сперматозоидов.

Abstract. Silicon and its dioxide (silica) demonstrate good biological compatibility and a wide range of physical and chemical properties, depending on the production and processing method. In particular, silicon dimethylglycerolate (SDMG) has transmucous and transcutaneous drug conductivity, and, as a hydrogel, may be of interest for the oocytes and embryos cultivation medium structuring and/or media for cryopreservation/thawing of gametes. The aim of this study was to examine the effect of SDMG at concentrations of 0.2 % and 0.02 % on the transmembrane potential of mitochondria and cell viability of bovine spermatozoa. Methods. Sperm subpopulations were assessed for (non)viability indicators (disrupted transmembrane potential of mitochondria, externalization of phosphatidylserine and plasma membrane integrity loss) by flow cytometry with two sets of fluorescent probes. Mitochondrial transmembrane potential was measured using 3,3'-dihexyloxacarbocyanine iodide (DiOC6(3))/ethidium bromide, and externalization of phosphatidylserine – using Annexin V-FITC/propidium iodide pair. The results of this work indicate that SDMG in concentrations of 0.2 % and 0.02 % does not affect the transmembrane mitochondrial potential, externalization of phosphatidylserine or necrotic processes in the population of bovine spermatozoa. The scientific novelty. The data is obtained for the first time on the absence of cytotoxicity of SDMG for male gametes. Together with the shown positive effect of this compound on the morphological parameters and the state of nuclear chromatin of porcine oocytes after intrafollicular vitrification, it should be concluded that silicon-containing glycerohydrogels are of interest as a component of sperm cryopreservation/thawing media.

 сперматозоиды быки диметилглицеролат кремния митохондрии апоптоз некроз spermatozoa bulls silicon dimethylglycerolate mitochondria apoptosis necrosis

Croissant J. G., Fatieiev Y., Khashab N. M. Degradability and Clearance of Silicon, Organosilica, Silsesquioxane, Silica Mixed Oxide, and Mesoporous Silica Nanoparticles // Advanced Materials. 2017. Vol. 29. No. 9. Pp. 1-51. DOI: 10.1002/adma.201604634. Croissant J. G., Fatieiev Y., Khashab N. M. Degradability and Clearance of Silicon, Organosilica, Silsesquioxane, Silica Mixed Oxide, and Mesoporous Silica Nanoparticles // Advanced Materials. 2017. Vol. 29. No. 9. Pp. 1-51. DOI: 10.1002/adma.201604634. Ковтун С. І., Галаган Н. П., Щербак О. В., Троцький П. А. Методичні рекомендації з кріоконсервації сперматозоїдів та ооцитів сільськогосподарських тварин і формування ембріонів in vitro. Чубинське: Інститут розведення і генетики тварин імені М. В. Зубця НААН, 2015. 17 с. Kovtun S. І., Galagan N. P., Scherbak O. V., Troc'kiy P. A. Metodichnі rekomendacії z krіokonservacії spermatozoїdіv ta oocitіv sіl's'kogospodars'kih tvarin і formuvannya embrіonіv in vitro. Chubins'ke: Іnstitut rozvedennya і genetiki tvarin іmenі M. V. Zubcya NAAN, 2015. 17 s. Manavitehrani I., Schindeler A., Parviz M. Mesoporous Silica Nanoparticles: Synthesis, Modification and Applications // Nanomedicine, Nanotechnology, Biology and Medicine. 2018. Vol. 3. No. 2. P. 0001369. Manavitehrani I., Schindeler A., Parviz M. Mesoporous Silica Nanoparticles: Synthesis, Modification and Applications // Nanomedicine, Nanotechnology, Biology and Medicine. 2018. Vol. 3. No. 2. P. 0001369. Huang R., Shen Y. W., Guan Y. Y., Jiang Y. X., Wu Y., Rahman K., Zhang L. J., Liu H. J., Luan X. Mesoporous silica nanoparticles: facile surface functionalization and versatile biomedical applications in oncology // Acta Biomaterialia. 2020. Vol. 116. Pp. 1-15. Huang R., Shen Y. W., Guan Y. Y., Jiang Y. X., Wu Y., Rahman K., Zhang L. J., Liu H. J., Luan X. Mesoporous silica nanoparticles: facile surface functionalization and versatile biomedical applications in oncology // Acta Biomaterialia. 2020. Vol. 116. Pp. 1-15. Бойко А. А., Ларченко Е. Ю., Хонина Т. Г., Чупахин О. Н. Исследования по стандартизации фармацевтической субстанции диметилглицеролатов кремния // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2017. Т. 20. № 8. С. 13-17. Boyko A. A., Larchenko E. Yu., Honina T. G., Chupahin O. N. Issledovaniya po standartizacii farmacevticheskoy substancii dimetilglicerolatov kremniya // Voprosy biologicheskoy, medicinskoy i farmacevticheskoy himii. 2017. T. 20. № 8. S. 13-17. Van der Valk D. C., van der Ven C. F. T., Blaser M. C., Grolman J. M., Wu P. J., Fenton O. S., Lee L. H., Tibbitt M. W., Andresen J. L., Wen J. R., Ha A. H., Buffolo F., van Mil A., Bouten C. V. C, Body S. C., Mooney D. J., Sluijter J. P. G., Aikawa M., Hjortnaes J., Langer R., Aikawa E. Engineering a 3D-Bioprinted Model of Human Heart Valve Disease Using Nanoindentation-Based Biomechanics // Nanomaterials (Basel). 2018. Vol. 8. No. 5. P. 296. Van der Valk D. C., van der Ven C. F. T., Blaser M. C., Grolman J. M., Wu P. J., Fenton O. S., Lee L. H., Tibbitt M. W., Andresen J. L., Wen J. R., Ha A. H., Buffolo F., van Mil A., Bouten C. V. C, Body S. C., Mooney D. J., Sluijter J. P. G., Aikawa M., Hjortnaes J., Langer R., Aikawa E. Engineering a 3D-Bioprinted Model of Human Heart Valve Disease Using Nanoindentation-Based Biomechanics // Nanomaterials (Basel). 2018. Vol. 8. No. 5. P. 296. Волкова И. М., Коровина Д. Г. Трехмерные матриксы природного и синтетического происхождения для клеточной биотехнологии // Биотехнология. 2015. № 2. С. 8-26. DOI: 10.1134/S0003683815090082. Volkova I. M., Korovina D. G. Trehmernye matriksy prirodnogo i sinteticheskogo proishozhdeniya dlya kletochnoy biotehnologii // Biotehnologiya. 2015. № 2. S. 8-26. DOI: 10.1134/S0003683815090082. Новичкова Д. А., Кузьмина Т. И. Влияние диметилглицеролата кремния и глицерина на экспансию кумулюсных клеток ооцитов Sus scrofa domesticus // Сборник тезисов VI Молодежной конференции по молекулярной и клеточной биологии Института цитологии РАН. Санкт-Петербург, 2018. С. 78-79. Novichkova D. A., Kuz'mina T. I. Vliyanie dimetilglicerolata kremniya i glicerina na ekspansiyu kumulyusnyh kletok oocitov Sus scrofa domesticus // Sbornik tezisov VI Molodezhnoy konferencii po molekulyarnoy i kletochnoy biologii Instituta citologii RAN. Sankt-Peterburg, 2018. S. 78-79. Алимова А. Д., Кундик Ю. В., Станиславович Т. И., Кузьмина Т. И. Влияние диметилглицеролата кремния на жизнеспособность клеток гранулезы из овариальных фолликулов Sus Scrofa Domesticus // Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии. 2019. № 2. С. 61-63. DOI: 10.17238/issn2072-6023.2019. Alimova A. D., Kundik Yu. V., Stanislavovich T. I., Kuz'mina T. I. Vliyanie dimetilglicerolata kremniya na zhiznesposobnost' kletok granulezy iz ovarial'nyh follikulov Sus Scrofa Domesticus // Voprosy normativno-pravovogo regulirovaniya v veterinarii. 2019. № 2. S. 61-63. DOI: 10.17238/issn2072-6023.2019. Алимова А. Д., Кузьмина Т. И. Влияние диметилглицеролата кремния на ооцит-кумулюсные комплексы свиней при культивировании in vitro // Ветеринария. 2020. № 9. С. 46-49. DOI: 10.30896/0042-4846.2020.23.9.46-49. Alimova A. D., Kuz'mina T. I. Vliyanie dimetilglicerolata kremniya na oocit-kumulyusnye kompleksy sviney pri kul'tivirovanii in vitro // Veterinariya. 2020. № 9. S. 46-49. DOI: 10.30896/0042-4846.2020.23.9.46-49. Чистякова И. В., Кузьмина Т. И., Станиславович Т. И., Хонина Т. Г. Воздействие кремнийсодержащих соединений на развитие доимплантационных эмбрионов Bos taurus // Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии. 2018. № 3. С. 105-108. Chistyakova I. V., Kuz'mina T. I., Stanislavovich T. I., Honina T. G. Vozdeystvie kremniysoderzhaschih soedineniy na razvitie doimplantacionnyh embrionov Bos taurus // Voprosy normativno-pravovogo regulirovaniya v veterinarii. 2018. № 3. S. 105-108. Станиславович Т. И., Кузьмина Т. И., Молчанов А. В. Влияние интраовариальной витрификации на показатели криорезистентности ооцит-кумулюсных комплексов свиней // Вопросы ветеринарно-правового регулирования в ветеринарии. 2019. № 4. С. 65-70. DOI: 10.17238/issn2072-6023.2019.4.65 Stanislavovich T. I., Kuz'mina T. I., Molchanov A. V. Vliyanie intraovarial'noy vitrifikacii na pokazateli kriorezistentnosti oocit-kumulyusnyh kompleksov sviney // Voprosy veterinarno-pravovogo regulirovaniya v veterinarii. 2019. № 4. S. 65-70. DOI: 10.17238/issn2072-6023.2019.4.65 Бойцева Е. Н., Бычкова Н. В., Кузьмина Т. И. Влияние наночастиц высокодисперсного кремнезема на апоптоз сперматозоидов Bos Taurus // Цитология. 2017. Т. 59. № 5. С. 375-380. Boyceva E. N., Bychkova N. V., Kuz'mina T. I. Vliyanie nanochastic vysokodispersnogo kremnezema na apoptoz spermatozoidov Bos Taurus // Citologiya. 2017. T. 59. № 5. S. 375-380. Aitken R. J. Reactive oxygen species as mediators of sperm capacitation and pathological damage // Molecular Reproduction and Development. 2017. Vol. 84. No. 10. Pp. 1039-1052. Aitken R. J. Reactive oxygen species as mediators of sperm capacitation and pathological damage // Molecular Reproduction and Development. 2017. Vol. 84. No. 10. Pp. 1039-1052. Nikitkina E., Musidray A., Krutikova A., Anipchenko P., Plemyashov K., Shiryaev G. Efficiency of Tris-Based Extender Steridyl for Semen Cryopreservation in Stallions // Animals (Basel). 2020. Vol. 10. No. 10. P. 1801. Nikitkina E., Musidray A., Krutikova A., Anipchenko P., Plemyashov K., Shiryaev G. Efficiency of Tris-Based Extender Steridyl for Semen Cryopreservation in Stallions // Animals (Basel). 2020. Vol. 10. No. 10. P. 1801. Anzar M., Rajapaksha K., Boswall L. Egg yolk-free cryopreservation of bull semen [Электронный ресурс] // PLoS One. 2019. Vol. 14. No. 10. P. e0223977. URL: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0223977 (дата обращения: 10.11.2020). Anzar M., Rajapaksha K., Boswall L. Egg yolk-free cryopreservation of bull semen [Elektronnyy resurs] // PLoS One. 2019. Vol. 14. No. 10. P. e0223977. URL: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0223977 (data obrascheniya: 10.11.2020).