PL232966B1 - Zastosowanie nanocząstek miedzi jako stymulatora przyrostu masy mięśniowej - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest zastosowanie wodnego koloidu niejonowych nanocząstek miedzi do stymulowania przyrostu masy mięśniowej u kurcząt. Zastosowanie charakteryzuje się tym, że koloid nanocząstek miedzi podaje się bezpośrednio do jaja techniką in ovo, a nanocząstki miedzi mają przeciętną wielkość średnicy 35 - 40 nm.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie nanocząstek metalicznej, niejonowej miedzi Cu⁰ jako stymulatora przyrostu masy mięśniowej u kurcząt.

Miedź jest kluczowym mikroelementem niezbędnym dla zwierząt i ludzi. Chociaż jej zawartość w organizmie ludzkim wynosi jedynie od około 75 do 150 mg, odgrywa ona ważną i różnoraką rolę jako kofaktor wielu enzymów (Linder M.C., Goode C.A. 1991. Biochemistry of Copper. Springer-Verlag New York, LLC: New York, NY, USA, pp. 1-413). Miedź pełni rolę katalitycznego i strukturalnego kofaktora enzymów, które uczestniczą w procesie wytwarzania energii w komórce oraz uczestniczy w przemianie żelaza, transporcie tlenu, metabolizmie komórkowym, syntezie hormonów peptydowych, krzepnięciu krwi, przewodzeniu sygnałów nerwowych i innych procesów (Kim B.E., Nevitt T., Thiele D.J. 2008. Mechanisms for copper acquisition, distribution andregulation. Nat. Chem. Biol., 4, 176-185). Poza funkcją ochronną, gdzie miedź uczestniczy jako koenzym enzymów antyoksydacyjnych (dysmutaza ponadtlenkowa), miedź wzmacnia odporność organizmu, gdyż będąc istotnym składnikiem komórek odpornościowych warunkuje liczbę i aktywność leukocytów. Miedź uczestniczy w procesach anabolicznych, istotnych w okresie embrionalnym i w czasie wzrostu i rozwoju. Miedź wchodzi w skład oksydazy cytochromu c - IV kompleksu szlaku enzymów oddechowych, zlokalizowanych na wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Szlak ten jest wysoce efektywnym źródłem energii zgromadzonej w ATP. Miedź może również kontrolować efektywność obrony antyoksydacyjnej poprzez udział w aktywności ceruloplazminy, enzymu wielokierunkowo zaangażowanego w ochronę antyoksydacyjną, między innymi poprzez utlenianie żelaza Fe²⁺ do Fe³⁺, co warunkuje wiązanie żelaza z transferyną i jego bezpieczny transport w surowicy krwi. Niezwykle istotną rolą tego pierwiastka jest jego zaangażowanie w angiogenezę. Cu bierze udział w procesach krzepnięcia krwi i jako kofaktor angiogeniny uczestniczy w formowaniu nowych naczyń krwionośnych. Angiogenina poprzez interakcję z komórkami śródbłonka naczyń krwionośnych i mięśni gładkich prowadzi do migracji, inwazji i proliferacji komórek i formowania struktur tubularnych nowych naczyń. Proces angiogenezy zachodzi bardzo aktywnie w okresie embrionalnym, a także w okresie całego życia w procesach regeneracji, gojenia się ran i różnych rodzajów „bio-odnowy”.

W ciągu ostatnich lat, w żywieniu kurcząt były stosowane antybiotyki w celu poprawy wyników produkcyjnych. Wymagania konsumentów oraz troska o bezpieczeństwo zdrowia zwierząt sprawiły, że od 2006 roku nie można stosować antybiotykowych stymulatorów wzrostu. Są one zastępowane przez probiotyki, prebiotyki, synbiotyki, enzymy, kwasy organiczne zioła i różnego rodzaju wyciągi roślinne.

Biologiczna aktywność miedzi jest przyczyną, że jest ona stosowana jako nie-antybiotykowy stymulator wzrostu, a w związku z zakazem stosowania antybiotyków jej rola stała się jeszcze bardziej istotna. Obecnie miedź dodawana jest w postaci siarczanu miedzi do premiksów mieszanek dla brojlerów z powodu jej przeciwbakteryjnego działania i promowania efektu wzrostu (Pest G.M., Bakalii R.I. 1996. Studies on the Feeding of Cupric Sulfate Pentahydrate and Cupric Citrate to Broiler Chickens. Poult Sci. 75, 1086-1091). Różne sole miedzi mają również inną biodostępność i wpływ na zwierzęta. Najczęściej stosowany siarczan miedzi CuSO4, jak również organiczne związki miedzi, są w organizmie źródłem jonów miedzi, które w bardzo aktywny sposób wchodzą w reakcje z obecnymi w środowisku organizmu związkami (białka).

Nanocząsteczki miedzi są źródłem cząstek metali charakteryzujących się wysoką bioaktywnością powierzchniową oraz są one stałym źródłem bardzo niewielkiej ilości jonów. Ponadto, ogromna powierzchnia działania, wynikająca z rozdrobnienia zwiększa powierzchnię kontaktu Cu z molekułami biologicznymi, których jest kofaktorem. W skali nanomateriałów (1-100 nm) miedź zyskuje nowe unikatowe właściwości biologiczne, a jej niewielkie rozmiary wpływają na ich zachowanie odnośnie transportu, dystrybucji, aktywności biochemicznej i odpowiedzi molekularnej, po ich wprowadzeniu do organizmu (Salata O. V. 2004. Applications of nanoparticles in biology and medicine. J. Nanobiotech., 2, 3). Nanocząstki penetrują błony komórkowe, co pozwala na ich alternatywną dystrybucję z pominięciem (ograniczonej) drogi krwi. Nanocząstki są dystrybuowane w komórce do miejsca, gdzie są potrzebne, nie wiążąc się otaczającymi je molekułami, z uwagi na fakt, że są cząstkami metalu, a nie jonami.

Badania własne twórców wynalazku jednoznacznie wykazały po raz pierwszy, że nanocząsteczki miedzi wykazują większe właściwości promujące angiogenezę, niż siarczan miedzi. W badaniach wykorzystano technikę in ovo polegającą na podawaniu koloidu nanocząstek miedzi poprzez iniekcję do jaja (do białka lub komory powietrznej). Proangiogenne właściwości nanocząstek miedzi potwierdzono na poziomie molekularnym, w badaniach in vitro i in ovo, wykazując istotne zwiększenie ekspresji wielu badanych genów promujących angiogenezę i proliferację komórek (Mroczek-Sosnowska N., Sawosz E.,

PL 232 966 B1

Prasad Vadalasetty K., Łukasiewicz M., Niemiec J., Wierzbicki M., Kutwin M., Jaworski S., Chwalibog A. 2015. Nanoparticles of copper stimulate angiogenesis at systemic and molecular level. Int. J. Mol. Sci. 16, 4838-4849; doi:10.3390/ijms16034838).

Twórcy obecnego wynalazku zastosowali suplementację dodatku hydrokoloidu nanocząstek miedzi w okresie embriogenezy, wykorzystując technikę in ovo i stwierdzili, że suplementacja taka prowadzi do zwiększenia masy ciała oraz przyrostu mięśnia piersiowego u dorosłych ptaków.

Zatem istotą wynalazku jest zastosowanie koloidu niejonowych nanocząstek miedzi do stymulowania przyrostu masy mięśniowej u kurcząt.

Korzystnie koloid nanocząstek miedzi podaje się bezpośrednio do jaja techniką in ovo.

Korzystnie koloid nanocząstek stosuje się jako dodatek do paszy lub wody.

Korzystnie stosuje się wodny koloid nanocząstek miedzi o czystości miedzi co najmniej 99,99% i o poziomie zanieczyszczeń biologicznych i/albo chemicznych nie przekraczającym 0,0001% w roztworze. Korzystnie stosuje się nanocząstki miedzi o średnicy od 1 do 100 nm, najkorzystniej o przeciętnej wielkości średnicy 35-40 nm.

Autorzy stwierdzili, że miedź w formie nanocząstek, poza wieloma funkcjami jakie pełni w organizmie, charakteryzuje się wysoką skutecznością jako czynnik stymulujący rozwój masy mięśniowej. Nanocząstki miedzi podawane bezpośrednio do jaja już na etapie rozwoju zarodka kurzego prowadzą do szeregu zmian ogólnoustrojowych, które następnie przekładają się na końcowe wyniki produkcyjne kurcząt brojlerów. Nanocząstki miedzi podane in ovo wykazują działanie stymulujące wzrost ptaków skutkując znacznie większymi przyrostami masy ciała w wieku ubojowym kurcząt w porównaniu do kontroli. Suplementacja w okresie embrionalnym zgodnie z wynalazkiem znacząco polepsza nie tylko przyrost mięsa, ale też jego strukturę (zwiększenie liczby komórek mięśniowych). Analiza rzeźna kurcząt brojlerów wykazała, że nanocząstki miedzi wpływają na wysoki udział najbardziej wartościowych mięśni piersiowych w tuszce, a ponadto ptaki charakteryzują się lepszą wodochłonnością w mięśniach nóg. Stymulacja nanocząstkami miedzi nie wpływa na pogorszenie barwy mięsa.

Ponadto podanie nanocząstek miedzi dodatkowo ma istotny wpływ na zmniejszenie zużycia paszy. Stwierdzono, że nanocząstki miedzi poprawiają efektywność odchowu poprzez ograniczenie liczby padnięć, co przekłada się na wymierne korzyści ekonomiczne pozyskanego produktu w przeliczeniu na tonaż żywca.

Miedź występująca w postaci nanocząstek metalu, w porównaniu do form tradycyjnie stosowanych rozpuszczalnych soli miedzi, powoduje ograniczenie powstawania jonów miedzi, dzięki czemu jest możliwe jej długie przechowywanie w komórce oraz korzystny transport z pominięciem drogi krwi. Jako forma metaliczna nie angażuje (co jest jednoznaczne ze zmniejszeniem dostępnej puli) białek i aminokwasów poprzez ich chemiczne wiązanie w komórkach i tkankach. Nanocząstki miedzi nie wykazują działania toksycznego na poziomie analizy wskaźników biochemicznych i morfologicznych krwi. Iniekcja in ovo nanocząstek miedzi do komory powietrznej jaj powoduje wzrost liczby czerwonych krwinek (RBC). Ponadto nanocząstki miedzi istotnie wpłynęły na stężenie hemoglobiny, co pozwala zachować transport tlenu u tych ptaków na wysokim poziomie.

Miedź w postaci nanocząstek w największej mierze kumuluje się w narządach miękkich, takich jak np. wątroba, jednak nie w większym stopniu niż standardowo stosowany siarczan miedzi. Nanocząstki miedzi charakteryzują się niewielkim stopniem toksyczności wobec zdrowego organizmu co oznacza, że mogą być one stosowane, poza drogą in ovo, jako dodatek do paszy lub wody w produkcji drobiarskiej stanowiącej alternatywę dla antybiotykowego stymulatora wzrostu.

Nanocząstki miedzi jako czynnik antybakteryjny dodatkowo zabezpieczają zarodek kury przed zakażeniem bakteryjnym, a także jako składnik białka ostrej fazy (ceruloplazmina) oraz komórek układu odpornościowego zwiększają odporność ptaków.

Zastosowanie dodatku koloidu miedzi, podawanego metodą in ovo do jaja (do zarodka kury) zmniejsza poziom miedzi stosowanej w mieszance dla kurcząt, zmniejszając koszty oraz emisję Cu do środowiska. Trzeba podkreślić statystycznie istotne lepsze rezultaty suplementacji nanocząstkami miedzi w porównaniu z tradycyjnie stosowanym stymulatorem wzrostu, czyli siarczanem miedzi, przy identycznym sposobie podawania.

Wynalazek zostanie teraz bliżej przedstawiony w przykładach wykonania, z odniesieniem do załączonych tabel i rysunków, które przedstawiają:

Fig. 1 - średnie wartości masy ciała (g), zużycie paszy kg/kg, kontrolę śmiertelności [%] w 1, 14, 35, 42 dniu produkcji kurcząt.

PL 232 966 B1

Fig. 2 - wyniki wydajności rzeźnej oraz procentowy udział mięśni, podrobów i tłuszczu sadełkowego w tuszce 42. dniowych kurcząt ($+$).

Fig. 3 - udział wody, białka, tłuszczu oraz popiołu w mięśniach piersiowych i nóg

42. dniowych kurcząt, (g 100 g -1) ($+J).

Fig. 4 - pH24, wyciek termiczny oraz zdolność wiązania wody w mięśniach piersiowych i nóg 42. dniowych kurcząt ($+J).

Fig. 5 - parametry barwy mięsa 42. dniowych kurcząt ($+J).

Fig. 6 - zawartość miedzi w mięśniu piersiowym, wątrobie i śledzionie 42. dniowych kurcząt brojlerów (mg/100 g produktu).

Fig. 7 - tabela ilustrująca wpływ nanocząstek miedzi i siarczanu miedzi na wskaźniki hematologiczne krwi 42. dniowych kurcząt, ($+J).

Fig. 8 - tabela ilustrująca wpływ nanocząstek miedzi i siarczanu miedzi na wskaźniki biochemiczne krwi 42. dniowych kurcząt, ($+J).

Fig. 9 - tabela ilustrująca stężenia ceruloplazminy w surowicy krwi żylnej (mg/dl) kurcząt.

P r z y k ł a d 1.

W badaniu zastosowano:

- hydrokoloid nanocząstek miedzi (Cu⁰) o stężeniu 50 ppm (Nano-Tech, NT), wyprodukowany przy użyciu wysokonapięciowej metody nieeksplozyjnej z wysokiej czystości metalu Cu (99,99%) i wysokiej czystości demineralizowanej wody o poziomie zanieczyszczeń biologicznych/chemicznych nie przekraczającym 0,0001% w roztworze. Wielkość nanocząstek (średnica) miedzi wynosiła od 15 do 70 nm, a jej przeciętna wielkość stanowiła 37,3 nm. Nanocząstki były okrągłe, rzadziej eliptyczne, bez ostrych krawędzi. Potencjał Zeta hydrokoloidów mierzono przy użyciu Zetasizer Nano-ZS90 (Malvern Instruments Ltd., Malvern, UK) i wynosił on -28.1, co wskazywało na stabilny roztwór.

- siarczan miedzi (CuSO4, Sigma Aldrich) rozpuszczano w ultra czystej wodzie do stężenia 50 ppm miedzi.

Jaja wylęgowe kurcząt brojlerów podzielono na 3 grupy doświadczalne: K (bez iniekcji), NanoCu (hydrokoloid nanocząstek miedzi), CuSO4 (roztwór siarczanu miedzi). Eksperymentalne roztwory podano w ilości 0,3 ml do komory powietrznej jaja poprzez iniekcję. Jaja inkubowano w warunkach standardowej inkubacji (temperatura 37,8°C, wilgotność 60%, obrót jaj raz na godzinę o kąt 90° przez 18 dni). W 19 dobie inkubacji jaja przełożono do komory klujnikowej o temperaturze 37°C i wilgotności względnej 75-80%. Po wykluciu dalszymi badaniami objęto ptaki utrzymywane w standardowych warunkach fermowych przez okres 42 dni, ptaki żywiono typową mieszanką pełnoporcjową dla kurcząt brojlerów (starter, grower i finiszer). W wieku 42 dni ptaki ubito i pobrano materiał do badań.

Wyniki badań zostały przedstawione na figurach rysunku.

Fig. 1 pokazuje większy przyrost masy ciała kurcząt w wieku ubojowym, mniejsze zużycie paszy oraz mniejszą liczbę padnięć kurcząt poddanych procedurze według wynalazku.

Fig. 2 pokazuje większy udział mięśni piersiowych u kurcząt poddanych procedurze według wynalazku.

Fig. 3 i 4 pokazuje lepszą wodochłonność mięśni nóg kurcząt poddanych procedurze według wynalazku.

Fig. 5 pokazuje, że procedura według wynalazku nie wpływa negatywnie na barwę mięsa.

Fig. 6 pokazuje porównywalne parametry kumulacji miedzi dla kurcząt poddanych procedurze według wynalazku oraz dla kurcząt, którym podawano siarczan miedzi.

Fig. 7 i 8 pokazuje pozytywny wpływ nanocząstek miedzi na parametry krwi kurcząt poddanych procedurze według wynalazku.

Fig. 9 pokazuje wzrost stężenia stężenia ceruloplazminy w osoczu krwi kurcząt, co świadczy o działaniu stymulującym odporność.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zastosowanie wodnego koloidu niejonowych nanocząstek miedzi do stymulowania przyrostu masy mięśniowej u kurcząt.
2. 2. Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że koloid nanocząstek miedzi podaje się bezpośrednio do jaja techniką in ovo.
3. 3. Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że koloid nanocząstek stosuje się jako dodatek do paszy lub wody.
4. 4. Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że stosuje się wodny koloid nanocząstek miedzi o czystości miedzi co najmniej 99,99% i o poziomie zanieczyszczeń biologicznych i/albo chemicznych nie przekraczającym 0,0001% w roztworze.
5. 5. Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że stosuje się nanocząstki miedzi o średnicy od 1 do 100 nm.
6. 6. Zastosowanie według zastrz. 5, znamienne tym, że stosuje się nanocząstki miedzi o przeciętnej wielkości średnicy 35-40 nm.