Fully relativistic calculation of magnetic properties of Fe, Co and Ni adclusters on Ag(100)

We present first principles calculations of the magnetic moments and magnetic anisotropy energies of small Fe, Co and Ni clusters on top of a Ag(100) surface as well as the exchange-coupling energy between two single adatoms of Fe or Co on Ag(100). The calculations are performed fully relativistically using the embedding technique within the Korringa-Kohn-Rostoker method. The magnetic anisotropy and the exchange-coupling energies are calculated by means of the force theorem. In the case of adatoms and dimers of iron and cobalt we obtain enhanced spin moments and, especially, unusually large orbital moments, while for nickel our calculations predict a complete absence of magnetism. For larger clusters, the magnitudes of the local moments of the atoms in the center of the cluster are very close to those calculated for the corresponding monolayers. Similar to the orbital moments, the contributions of the individual atoms to the magnetic anisotropy energy strongly depend on the position, hence, on the local environment of a particular atom within a given cluster. We find strong ferromagnetic coupling between two neighboring Fe or Co atoms and a rapid, oscillatory decay of the exchange-coupling energy with increasing distance between these two adatoms.Comment: 8 pages, ReVTeX + 4 figures (Encapsulated Postscript), submitted to PR

Targeting dsRNA-specific single-chain Fv antibody fragments to different cellular locations in Nicotiana tabacum L.

Expression of antibodies or antibody fragments in plants is a useful tool for producing active antibody derivatives for diagnostic or pharmaceutical purposes as well as for immunomodulation. We investigated the effect of cellular expression site on the stability and yield of double-stranded RNA (dsRNA)-specific single-chain Fv-fragments (scFv) in transgenic tobacco. Two antibodies (J2 and P6) belonging to the V23(J558) heavy chain variable gene family but differing in the light chain variable domain were used. scFvs were targeted to the cytoplasm – with or without anchoring them in the plasma membrane –, into the endoplasmic reticulum (ER) and to the apoplast. Although high mRNA concentrations were detected in all cases, scFv proteins accumulated only when scFvs were made ER-resident by appropriate signal sequences. When the ER retention signal was removed to allow scFv-secretion to the apoplast, no scFv-proteins were detected. Despite the strong homology of the VH-sequences of J2 and P6 antibodies, only P6 provided a stable scFv scaffold for intracytoplasmic expression. J2-scFv could not be stabilised neither by adding a C-terminal stabilisation signal nor by anchoring the protein at the cytoplasmic side of the plasma membrane (PM). It was found that dsRNA-specific J2-scFvs are active in vivo and enhance Potato Virus Y induced symptoms in infected tobacco. This is the first report describing the expression and biological effect of RNA-specific antibodies in plants

Effect of sodium salt of 3-(2-oxo-3-phenyl-2H-[1,2,4]triazine[2,3-c] quinazolin-6-yl) propanoic acid and bemityl on biochemical processes in rats organism in the conditions of the daily training with running in treadmill

Department of Pharmacology, N. I. Pirogov National Medical University of Vinnitsa, UkraineBackground: The limited arsenal of actoprotectors by almost one bemethyl has caused the necessity to search the substances with the above action, suitable for the creation of a new drug on their basis. Material and methods: For the investigation the substances of sodium salt of 3-(2-oxo-3-phenyl-2H-[1,2,4]triazine[2,3-c]quinazolin-6-yl) propane acid with the laboratory ciphers MT-279 has been taken. The studies have been performed on 56 nonlinear male rats in the conditions of the 15-daily physical loading which promoted the normalization of energy processes in skeletal muscles (energy resources were increased, lactoacidosis was removed, the lipolysis was activated) and interaction within system «pro-and antioxidant». Results: It has been established that the course (15 days) intraperitoneal injections in rats with sodium salt of 3-(2-oxo-3-phenyl-2H-[1,2,4] triazine[2,3-c]quinazolin-6-yl) propane acid (MT-279, 2.5 mg/kg), as well as bemethyl (33 mg/kg) promoted the normalization of energy processes in skeletal muscles (energy resources were increased, lactoacidosis was removed, the lipolysis was activated) and interaction within system «pro-and antioxidant». Conclusions: The compound MT-279 has the largest actoprotective effect virtually mapped to bemethyl. A complex of effects inherent of MT-279 compound indicates the advisability of the in-depth study of its pharmacological properties to find out its safety and suitability for creating a new drug on its basis

Structure of self-organized Fe clusters grown on Au(111) analyzed by Grazing Incidence X-Ray Diffraction

We report a detailed investigation of the first stages of the growth of self-organized Fe clusters on the reconstructed Au(111) surface by grazing incidence X-ray diffraction. Below one monolayer coverage, the Fe clusters are in "local epitaxy" whereas the subsequent layers adopt first a strained fcc lattice and then a partly relaxed bcc(110) phase in a Kurdjumov-Sachs epitaxial relationship. The structural evolution is discussed in relation with the magnetic properties of the Fe clusters.Comment: 7 pages, 6 figures, submitted to Physical Review B September 200

Quantum manipulation via atomic-scale magnetoelectric effects

Magnetoelectric effects at the atomic scale are demonstrated to afford unique functionality. This is shown explicitly for a quantum corral defined by a wall of magnetic atoms deposited on a metal surface where spin-orbit coupling is observable. We show these magnetoelectric effects allow one to control the properties of systems placed inside the corral as well as their electronic signatures; they provide alternative tools for probing electronic properties at the atomic scale

Efficiency of Combined Use of Fullerene C60 and Bovine Serum Albumin for Rehabilitation of Vitrified Fragments of Rat Immature Seminiferous Tubules

Проблематика. На сьогодні кріоконсервовані репродуктивні тканини використовуються для лікування деяких форм безпліддя у чоловіків. Однак після довготривалого збереження фрагментів звитих канальців cім’яників (ФЗКC) в умовах низькотемпературного банку (-196 °С) відбувається зворотне зниження їх морфологічних та функціональних характеристик. Для вирішення цієї проблеми після заморожування-відігріву перспективним є використання реабілітаційних середовищ із застосуванням спеціальних добавок. Завдяки потужним захисним і антиоксидантним властивостям сироваткового альбуміну та фулерену C60 їх застосування дає змогу стабілізувати плазматичну мембрану, осмотичний тиск, знизити вміст вільних радикалів, що робить їх перспективними кандидатами для використання в розробці середовищ реабілітації біологічних об’єктів після кріоконсервування. Мета. У роботі вивчали ефективність використання фулерену C60, бичачого сироваткового альбуміну (БСА) та їх комбінації як складових середовища реабілітації вітрифікованих ФЗКC статевонезрілих щурів. Методика реалізації. Зразки ФЗКС після вітрифікації-відігріву інкубували (22 °C) протягом 30 хв у середовищі Лейбовіца з додаванням 15 мкг/мл C60, 5 г/л БСА або їх комбінації. Контрольні зразки інкубували в середовищі без додавання C60 або БСА. Метаболічну активність (МТТ-тест), гістоморфологічні дані, загальний антиоксидантний статус (TAS), продукцію активних форм кисню (ROS), активність g-глутамілтрансферази (gГГТ) та глюкозо-6-фосфатдегідрогенази визначали у зразках після реабілітації в досліджуваних середовищах. Результати. Застосування C60 привело до збільшення метаболічної (в 1,26 разу) та TAS (у 1,74 разу) активностей, до зменшення кількості ROS+ клітин (у 1,35 разу) та до покращення звʼязування сперматогенного епітелію з базальною мембраною порівняно з контролем. Застосування БСA істотно не впливало на досліджувані біохімічні показники, але зменшило кількість канальців із десквамацією сперматогенного епітелію в гістологічних зрізах. Спільне застосування БСА та C60 мало найкращий ефект серед досліджуваних реабілітаційних середовищ, що приводило до збільшення метаболічної активності (в 1,51 разу), активності TAS (у 1,78 разу) і gГГТ (у 1,59 разу), відновлення гістоструктури, а також зменшення кількості ROS+ клітин (у 1,45 разу) порівняно з контрольними зразками. Висновки. Застосування комбінації С60 та БСА підвищує метаболічну й антиоксидантну активність вітрифікованих ФЗКС, а також позитивно впливає на їх гістоструктуру порівняно з контрольними зразками. Слід зазначити, що ефект додавання С60 і БСА до реабілітаційного середовища перевищує результати окремого використання досліджуваних добавок (за метаболічною та gГГT активністю, а також результатами гістологічного дослідження). Ці дані відносяться до репродуктивної медицини і можуть бути використані для розробки ефективного протоколу реабілітації вітрифікованих ФЗКС.Background. Today, cryopreserved reproductive tissues are used to treat some forms of male infertility. However, after long-term preservation of fragments of seminiferous tubules of testes (FSTT) in a low-temperature bank (-196 °С) their morphological and functional characteristics decrease reversibly. To solve this problem after freezing-thawing, the use of rehabilitation media with special additives is promising. Due to the fact that serum albumin and fullerene C60 have powerful protective and antioxidant properties, their use allows to stabilize the plasma membrane, osmotic pressure, and reduce free radicals that make them promising candidates to use in the development of rehabilitation media for biological objects after cryopreservation. Objective. The efficacy of fullerene C60, bovine serum albumin (BSA), and their combination as components of rehabilitation medium of vitrified FSTT of immature rats was studied. Methods. Vitrified-thawed samples of FSTT were incubated (22 °C) for 30 minutes in Leibovitz's medium with addition of 15 mg/mL C60, 5 g/L BSA or their combination. Control samples were incubated in the medium without C60 or BSA addition. Metabolic activity (MTT test), histomorphological data, total antioxidant status (TAS), reactive oxygen species (ROS) production, activity of g-glutamyltransferase (gGGT), and glucose-6-phosphate dehydrogenase were determined in the samples after rehabilitation in the investigated media. Results. The use of C60 led to the increase of metabolic (by 1.26 times) and TAS (by 1.74 times) activities, to the decrease in the number of ROS+ cells (by 1.35 times) and to the improvement of the spermatogenic epithelium binding to the basement membrane versus control sample. Application of BSA did not significantly affect the studied biochemical indices but decreased the number of tubules with desquamation of spermatogenic epithelium in histological sections. The combined use of BSA and C60 had the best effect among investigated rehabilitation media that led to the increase of metabolic activity (by 1.51 times), TAS activity (by 1.78 times), gGGT activity (by 1.59 times), histostructure restoration and the decrease in the number of ROS+ cells (by 1.45 times) compared to the control samples. Conclusions. The use of C60 and BSA combination increases the metabolic and antioxidant activity of vitrified FSTT and also has a positive effect on their histostructural characteristics compared to control samples. It should be noted that the effect of С60 and BSA addition to rehabilitation medium exceeds the results of using the investigated additives separately (by the metabolic and gGGT activity as well as architectonics of vitrified FSTT). These data relate to reproductive medicine and can be used to develop an effective rehabilitation protocol for vitrified FSTT

Spin-orbit induced interference in quantum corrals

Lack of inversion symmetry at a metallic surface can lead to an observable spin-orbit interaction. For certain metal surfaces, such as the Au(111) surface, the experimentally observed spin-orbit coupling results in spin rotation lengths on the order of tens of nanometers, which is the typical length scale associated with quantum corral structures formed on metal surfaces. In this work, multiple scattering theory is used to calculate the local density of states (LDOS) of quantum corral structures comprised of nonmagnetic adatoms in the presence of spin-orbit coupling. Contrary to previous theoretical predictions, spin-orbit coupling induced modulations are observed in the theoretical LDOS, which should be observable using scanning tunneling microscopy.Comment: 7 pages, 3 figures, accepted to Nano Letter

Определение пирогенных примесей в гормональных имплантатах с помощью ЛАЛ-теста

The State Pharmacopoeia of the Russian Federation, 14th edition states that implants are a sterile dosage form, and have to be tested for pyrogens. However, it does not provide details on how the test should be performed for this dosage form.The aim of the study was to develop a LAL test procedure for detection of bacterial endotoxins (BE) in implants, using the example of a goserelin product.Materials and methods: BE extraction from the implant surface into an aqueous medium was performed with subsequent BE detection in the extract by turbidimetric kinetic test. The implant was then dissolved in dimethyl sulfoxide, and the obtained goserelin solution was tested for BEs using the gel-clot test.Results: the analysis of the Russian and foreign pharmacopoeial approaches to pyrogenic substance detection in hormonal implants helped to develop two sample preparation procedures for determination of BE content (in the extract and the implant solution). It was demonstrated that the BE content in the water extract did not exceed 0.01 EU/mL and was less than 0.07 EU per implant. The BE content in the implant solution was less than 8.3 EU per 1 mg of goserelin, which is almost eleven-fold lower than the theoretically-derived limit.Conclusions: the authors developed two test procedures for BE detection in hormonal implants using the LAL test, which could be included in manufacturers’ product files. The first procedure involves testing of the water extract from the implant surface and establishes the BE limit of no more than 20 EU/product. The second procedure involves complete dissolution of the implant in dimethyl sulfoxide and establishes the limit of not more than 97.22 EU per 1 mg of goserelin.Согласно Государственной фармакопее Российской Федерации XIV изд. имплантаты являются стерильной лекарственной формой, для которой обязательным является контроль пирогенности. Однако особенности выполнения анализа для данной лекарственной формы в отечественной фармакопее не описаны.Цель работы: разработать методику определения содержания бактериальных эндотоксинов (БЭ) с помощью ЛАЛ-теста в имплантатах на примере гормонального препарата с активным веществом гозерелин.Материалы и методы: выполняли процесс экстракции БЭ с поверхности имплантата в водную среду и определяли содержание БЭ в смыве турбидиметрическим кинетическим методом. Затем имплантат растворяли в диметилсульфоксиде и оценивали наличие БЭ в полученном растворе гозерелина с помощью гель-тромб теста.Результаты: на основании существующих в отечественной и зарубежной фармакопейной практике подходов к определению пирогенных примесей в гормональных имплантатах предложено два способа предварительной подготовки образцов для последующего определения содержания БЭ (в смыве и в растворе имплантата). Установлено, что содержание БЭ в водном смыве не превышает 0,01 ЕЭ/мл и составляет менее 0,07 ЕЭ на имплантат. Содержание БЭ в растворе имплантата составило менее 8,3 ЕЭ на 1 мг гозерелина, что почти в 11 раз меньше теоретически рассчитанной нормы.Выводы: разработаны две методики определения БЭ в имплантатах гормональных препаратов с помощью ЛАЛ-теста, пригодные для включения в нормативную документацию. Первая методика предусматривает испытание водного смыва с поверхности имплантата с нормой предельного содержания БЭ «не более 20 ЕЭ/изделие». Вторая методика основана на полном растворении имплантата в диметилсульфоксиде с нормой «не более 97,22 ЕЭ на 1 мг гозерелина»

Современные подходы к введению показателя «Аномальная токсичность»

For over 60 years, the Abnormal Toxicity Test (ATT) has been used as an important tool in safety control of some parenteral and veterinary products made from biological materials. In 2017, some of the members of the Pharmacopoeial Committee of the Eurasian Economic Union (EAEU) proposed not to include the ATT in the draft monographs of the EAEU Pharmacopoeia based on the decision of the European Pharmacopoeia Commission to suppress the test. However, this may not be achieved in Russia at this point, because some production sites that manufacture medicinal products for human and veterinary use have not fully implemented GMP principles yet. The main aim of the ATT is to detect any toxicity above the pre-determined acceptable level. The unacceptable toxicity levels can manifest themselves in higher mortality rates or unexpected intoxication effects in laboratory animals. This test makes it possible to detect abnormal (high) toxicity of a medicinal product which may be associated with degradation products or undesirable impurities resulting from changes of the production technology, which are not mentioned in specification documents related to production, transportation, and storage. In 2016—2017 12 batches of veterinary products, including vaccines and sera, were found to be noncompliant, and the Federal Service for Surveillance in Healthcare rejected 16 batches of medicinal products in 2016—2019. The aim of the study was to analyse current approaches to the ATT in the Russian and foreign pharmacopeias, and to develop a programme for phasing out the ATT use depending on the nature and pharmacological properties of medicinal products. Comparative analysis of the monographs of the world leading pharmacopeias showed that the State Pharmacopoeia of the Russian Federation has the most stringent test conditions. As an alternative to suppressing the ATT the authors suggest a phased approach to reduce the use of this test. They determined groups of medicinal products whose pharmacological properties allow for the suppression of the test. The proposed approach to phasing out the use of ATT will make it possible to use the test effectively and reduce the number of performed tests, but will still ensure drug safety. The suppression of the ATT can not be achieved without a comprehensive detailed research by quality control specialists and further discussion by all interested parties.В течение более 60 лет тест на аномальную токсичность используется как один из важных показателей при контроле качества безопасности парентеральных медицинских и ветеринарных препаратов, получаемых из субстанций биологического происхождения. В 2017 г. на заседании Фармакопейного комитета Евразийского экономического союза (ЕАЭС) было предложено не включать тест на аномальную токсичность в проект Фармакопеи ЕАЭС, основанием для данной дискуссии послужил отказ Европейской фармакопеи от данного испытания. Однако на территории нашей страны в настоящее время подобный шаг не может быть реализован, так как не все производственные площадки для производства медицинских и ветеринарных препаратов полностью отвечают международным требованиям GMP Основной целью проведения теста на аномальную токсичность является выявление токсичности препарата, превышающей установленный ранее допустимый уровень, контролируемый по повышению летальности или по неожидаемым (нерегламентированным) явлениям интоксикации животных. Данное испытание позволяет определить аномальную (повышенную) токсичность лекарственного препарата, которая может возникнуть за счет появления продуктов разложения или нежелательных примесей при изменении процесса производства, не предусмотренных регламентом производства, транспортирования или хранения. Так, в течение 2016—2017 гг. количество выявленных несоответствий ветеринарных препаратов, в том числе вакцин и сывороток, составило 12 серий, а Росздравнадзором за период 2016—2019 гг. забраковано 16 серий лекарственных препаратов. Цель работы — анализ современных подходов к тесту «Аномальная токсичность» в отечественной и зарубежных фармакопеях, разработка программы поэтапного сокращения применения теста в зависимости от природы и фармакологических свойств лекарственных средств. В результате сравнительного анализа монографий ведущих фармакопей мира установлено, что действующие требования Государственной фармакопеи Российской Федерации характеризуются наиболее строгими условиями проведения теста. В качестве альтернативы отказу от испытания на аномальную токсичность авторами предложен поэтапный подход, позволяющий сократить использование теста. Определены группы препаратов, фармакологические свойства которых позволяют исключить показатель. Предложенный поэтапный подход к сокращению использования показателя «Аномальная токсичность» позволит сделать тест более рациональным и сократить количество испытаний, но по-прежнему будет способствовать обеспечению безопасности применения лекарственных препаратов. Исключение испытания на аномальную токсичность не может быть реализовано без всесторонней детальной проработки специалистами в области контроля качества и дальнейшего обсуждения этого вопроса всеми заинтересованными сторонами

Picosecond Fluorescence Relaxation Spectroscopy of the Calcium-Discharged Photoproteins Aequorin and Obelin

Addition of calcium ions to the Ca2+-regulated photoproteins, such as aequorin and obelin, produces a blue bioluminescence originating from a fluorescence transition of the protein-bound product, coelenteramide. The kinetics of several transient fluorescent species of the bound coelenteramide is resolved after picosecond-laser excitation and streak camera detection. The initially formed spectral distributions at picosecond-times are broad, evidently comprised of two contributions, one at higher energy (25000 cm-1) assigned as from the Ca2+-discharged photoprotein-bound coelenteramide in its neutral state. This component decays much more rapidly (t1/2 2 ps) in the case of the Ca2+-discharged obelin than aequorin (t1/2 30 ps). The second component at lower energy shows several intermediates in the 150-500 ps times, with a final species having spectral maxima 19400 cm-1, bound to Ca2+-discharged obelin, and 21300 cm-1, bound to Ca2+-discharged aequorin, and both have a fluorescence decay lifetime of 4 ns. It is proposed that the rapid kinetics of these fluorescence transients on the picosecond time scale, correspond to times for relaxation of the protein structural environment of the binding cavit