Russian Journal of PhysiologyRussian Journal of PhysiologyРоссийский физиологический журнал им. И.М. Сеченова0869-81392658-655XThe Russian Academy of Sciences65162510.31857/S0869813924080041BCCLKPEXPERIMENTAL ARTICLESЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleEffect of preservation on changes in the volume of corneal endothelial cells in an environment with a high concentration of potassiumВлияние консервации на изменение объема клеток эндотелия роговицы в среде с высокой концентрацией калияKatkovaL. E.КатковаЛ. Е.
Russian Federation
eugsol@bionet.nsc.ruBaturinaG. S.БатуринаГ. С.
Russian Federation
eugsol@bionet.nsc.ruTeterinM. M.ТетеринМ. М.
Russian Federation
eugsol@bionet.nsc.ruSakhanenkoA. I.СаханенкоА. И.
Russian Federation
eugsol@bionet.nsc.ruPalchikovaI. G.ПальчиковаИ. Г.
Russian Federation
eugsol@bionet.nsc.ruIskakovI. A.ИскаковИ. А.
Russian Federation

Новосибирский филиал

eugsol@bionet.nsc.ruSolenovE. I.СоленовЕ. И.
Russian Federation
eugsol@bionet.nsc.ruInstitute of Cytology and Genetics of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукNovosibirsk State UniversityНовосибирский национальный исследовательский государственный университетNovosibirsk State Technical UniversityНовосибирский государственный технический университетSobolev Institute of Mathematics of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут математики им. С. Л. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наукTechnological Design Institute of Scientific Instrument Engineering of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesКонструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наукFedorov NMRC MNTK “Eye Microsurgery”Межотраслевой научно-технический комплекс «Микрохирургия глаза» им. акад. С. Н. Федорова Минздрава России1508202411081264127201022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0869-8139/article/view/651625

The experimental study of preservation length on the effect of high potassium concentration in the medium on the volume of human corneal endothelial cells was done. The results of the study of individual samples of fragments of donor material and the values calculated using joined data after hypothermic preservation for 4 and 10 days are presented. The increase of the time when cornea samples are kept in preservation medium (Eusol-C) at 4℃ led to a decrease in the average value (M ± SEM) of cell swelling indicator (N) in a potassium medium from 1.055 ±0.001; n = 982 to 1.014±0.001; n = 338; after 4 and 10 days, respectively. Student’s-t test for independent samples showed a high degree of significance for the difference between these values (p = 2E-76). Identification of the proportion of cells capable to swell in a medium with a high content of potassium ions (N > 1), reflecting the electrogenic activity in these cells, showed a decrease of this indicator in the studied groups with increasing duration of preservation (94.3% and 56.8% after 4 and 10 days, respectively).

Based on the results of the study, it is suggested that the values of endothelial cells swelling in a potassium environment can serve as indicators of the cells’ ability to restore electrogenic transport. It is concluded that the study of cell swelling in a medium with a high content of potassium ions can provide information for predicting the functionality of the graft.

Проведено экспериментальное исследование воздействия высокой (100 мM) концентрации калия в среде на объем клеток эндотелия роговицы человека в зависимости от времени холодовой консервации донорского препарата. Приведены результаты исследования единичных образцов и значения, полученные на объединенном материале фрагментов донорских образцов после содержания препаратов в консервационной среде при 4 ℃ в течение 4 и 10 дней. Увеличение времени холодовой консервации препаратов привело к снижению процента клеток, способных набухать в среде с повышенным содержанием ионов калия (94.3% и 56.8% после 4 и 10 дней соответственно). Исследование клеток, способных к набуханию, показало, что увеличение времени их холодовой консервации привело к снижению средней величины (M ± SEM) коэффициента набухания клеток в среде с высокой концентрацией калия с 1.055 ± 0.001 до 1.014 ± 0.001 после 4 и 10 дней соответственно. Высокую степень достоверности различия этих значений (p-value = 2E-76) показали с помощью t-критерия Стьюдента для независимых выборок.

По результатам исследования высказывается предположение, что величины набухания клеток эндотелия в калиевой среде могут служить показателями способности клеток к восстановлению электрогенного транспорта. Делается заключение, что исследование реакции клеток эндотелия роговицы на повышение концентрации ионов калия в среде может давать информацию для прогноза функциональности трансплантата.

corneal endotheliumcorneal transplantationhypothermic preservationэндотелий роговицытрансплантация роговицыхолодовая консервацияМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation124041900016–2Maurice DM (1972) The location of the fluid pump in the cornea. J Physiol 221: 43–54. https://doi.org/10.1113/jphysiol.1972.sp009737Bonanno JA (2012) Molecular mechanisms underlying the corneal endothelial pump. Exp Eye Res 95: 2–7. https://doi.org/10.1016/j.exer.2011.06.004Klyce SD (2020) Endothelial pump and barrier function. Exp Eye Res 198: 108068. https://doi.org/10.1016/j.exer.2020.108068Srinivas SP (2010) Dynamic regulation of barrier integrity of the corneal endothelium. Optom Vis Sci 87: E239–Е254. https://doi.org/10.1097/OPX.0b013e3181d39464Verkman AS, Ruiz-Ederra J, Levin MH (2008) Functions of aquaporins in the eye. Prog Retin Eye Res 27: 420–433. https://doi.org/10.1016/j.preteyeres.2008.04.001Hoffmann EK, Lambert IH, Pedersen SF (2009) Physiology of cell volume regulation in vertebrates. Physiol Rev 89: 193–277. https://doi.org/10.1152/physrev.00037.2007Wehner F, Shimizu T, Sabirov R, Okada Y (2003) Hypertonic activation of a non-selective cation conductance in HeLa cells and its contribution to cell volume regulation. FEBS Lett 551: 20–24. https://doi.org/10.1016/s0014–5793(03)00868–8Hoffmann EK (2011) Ion channels involved in cell volume regulation: effects on migration, proliferation, and programmed cell death in non adherent EAT cells and adherent ELA cells. Cell Physiol Biochem 28: 1061–1078. https://doi.org/10.1159/000335843Борзенок СА, Малюгин БЭ, Гаврилова НА, Комах ЮА, Тонаева ХД (2018) Алгоритм заготовки трупныx роговиц человека для трансплантации: Методические рекомендации. Москва. Офтальмология. [Borzenok SA, Maljugin BJ, Gavrilova NA, Komah JA, Tonaeva HD (2018) Algorithm for harvesting cadaveric human corneas for transplantation: Guidelines. M. Oftalmologija. (In Russ)].Mori Y (2012) Mathematical properties of pump-leak models of cell volume control and electrolyte balance. J Math Biol 65: 875–918. https://doi.org/10.1007/s00285–011–0483–8Solenov E, Watanabe H, Manley GT, Verkman AS (2004) Sevenfold-reduced osmotic water permeability in primary astrocyte cultures from AQP-4-deficient mice, measured by a fluorescence quenching method. Am J Physiol Cell Physiol 286: C426-C432. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00298.2003Zarogiannis SG, Ilyaskin AV, Baturina GS, Katkova LE, Medvedev DA, Karpov DI, Ershov AP, Solenov EI (2013) Regulatory volume decrease of rat kidney principal cells after successive hypo-osmotic shocks. Math Biosci 244: 176–187. https://doi.org/10.1016/j.mbs.2013.05.007O’Neill WC (1999) Physiological significance of volume-regulatory transporters. Am J Physiol Cell Physiol 276: C995–C1011. https://doi.org/10.1152/ajpcell.1999.276.5.C995Strange K (2004) Cellular volume homeostasis. Adv Physiol Educ 28: 155–159. https://doi.org/10.1152/advan.00034.2004Jentsch TJ, Maritzen T, Zdebik AA (2005) Chloride channel diseases resulting from impaired transepithelial transport or vesicular function. J Clin Invest 115(8): 2039–2046. https://doi.org/10.1172/JCI25470