Fluorescent azolotriazines-based test systems based for the diagnosis of endometritis in cows on site conditions

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of an experiment on testing the possibility of using solutions of 6-oxo-2-phenylimidazo[1,2-b]pyrido[4,3-e][1,2,4]triazine-7(6H)-yl)acetic acid on tablets and cellulose carriers to register the excessive, relatively biologically normal, content of volatile organic compounds that accompany inflammation of the endometrium have been considered. The fluorescent properties of the dye were studied using gynecological mucus of cows taken at different periods (before and after parturition) and nasal mucus of newborn calves. The response of the test systems was compared with clinically established diagnoses of cows and the results of microbiological studies. False-positive (no more than 11%) and false-negative (2%) responses, other characteristics (specificity, correctness, precision) of test systems based on 6-oxo-2-phenylimidazo[1,2-b]pyrido[4,3-e][1,2,4]triazin-7(6H)yl) acetic acid were evaluated. The possibility of using this fluorophore for the express diagnosis of endometritis inflammation in cows in the “on-site” mode is considered.

Full Text

Restricted Access

About the authors

T. A. Kuchmenko

Voronezhsky State University of Engineering Technologies; Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: tak1907@mail.ru
Russian Federation, 394036, Voronezh, ave . Revolution, 19; 19 Kosygina str., Moscow, 119334

D. Y. Vandyshev

Voronezh State University

Email: tak1907@mail.ru
Russian Federation, 394018, Voronezh, Universitetskaya pl., 1

V. N. Skorikov

Russian Scientific Research Veterinary Institute of Pathology, Pharmacology and Therapy

Email: tak1907@mail.ru
Russian Federation, 144b Lomonosova str., Voronezh, 394087

R. U. Umarkhanov

Voronezhsky State University of Engineering Technologies

Email: tak1907@mail.ru
Russian Federation, 394036, Voronezh, ave . Revolution, 19

H. S. Shikhaliev

Voronezh State University

Email: tak1907@mail.ru
Russian Federation, 394018, Voronezh, Universitetskaya pl., 1

P. V. Seredin

Russian Scientific Research Veterinary Institute of Pathology, Pharmacology and Therapy

Email: tak1907@mail.ru
Russian Federation, 144b Lomonosova str., Voronezh, 394087

V. V. Yagov

Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: tak1907@mail.ru
Russian Federation, 19 Kosygina str., Moscow, 119334

V. I. Mikhalev

Russian Scientific Research Veterinary Institute of Pathology, Pharmacology and Therapy

Email: tak1907@mail.ru
Russian Federation, 144b Lomonosova str., Voronezh, 394087

References

  1. Братчикова О.А., Чехонацкая М.Л., Яннаева Н.Е. Ультразвуковая диагностика послеродового эндометрита (обзор) // Саратовский научно-медицинский журнал. 2014. Т. 10. С. 65.
  2. Нежданов А.Г., Шабунин С.В., Михалев В.И., Филин В.В., Скориков В.Н. Послеродовой метрит у молочных коров // Ветеринария. 2016. № 8. С. 4.
  3. Полянцев Н.И., Магомедов А.Г., Афанасьев А.И. Йодметрагель при эндометрите у коров // Ветеринария. 2007. № 12. С. 36.
  4. Sheldon I.M., Dobson H. Postpartum uterine health in cattle // Anim. Reprod. Sci. 2004. V. 82. P. 295.
  5. LeBlanc S.I., Duffield T.F., Leslie K.E., Bateman K.G., Keefe G.P., Walton J.S., Johnson W.H. Defining and diagnosing postpartum clinical endometritis, and its impact on reproductive performance in dairy cows // J. Dairy Sci. 2002. V. 85. № 9. С. 2223.
  6. Епанчинцева О.С. Симптоматическое бесплодие у коров в послеродовой период: диагностика, лечение и профилактика. Автореферат дис. … д-р. ветеринар. наук. Краснодар: ФГБОУ ВПО “Кубанский государственный аграрный университет”, 2013. 39 c.
  7. Халипаев М.Г., Азизов И.М., Зухрабова З.М. Этиопатогенез, диагностика и лечебно-профилактические мероприятия при послеродовом катарально-гнойном эндометрите коров // Уч. зап. Казан. гос. акад. вет. медицины им. Н. Э. Баумана. 2021. Т. 245. C. 204.
  8. Дубинин А.В. Профилактика акушерско-гинекологических заболеваний коров с использованием композиционного средства “Био-ФАЯЛ”. Дис. …д-р. ветеринар. наук. Санкт-Петербург: ФГБОУ ВПО “Санкт-Петербургская государственная академия ветеринарной медицины”, 2020. 135 c.
  9. Нежданов А.Г., Лободин К.А. Воспроизводство высокопродуктивного молочного скота: эффективность ветеринарного контроля // Молочная промышленность. 2015. № 11. C. 64.
  10. Иванюк В.П., Мещеряков О.Ю., Бобкова Г.Н. Оценка комплексной терапии коров, больных хроническим эндометритом // Изв. Оренбург. гос. аграрного ун-та. 2023. № 1. C. 189.
  11. Шабунин С.В., Шахов А.Г., Черницкий А.Е., Золотарев А.И., Рецкий М.И. Респираторные болезни телят: современный взгляд на проблему // Ветеринария. 2015. № 5. C. 3.
  12. Нежданов А.Г., Шабунин С.В., Алехин Ю.Н., Рецкий М.И., Шахов А.Г., Михалев В.И., Климов Н.Т., Сафонов В.А., Ефанова Л.И., Шапошников И.Т., Брехов Т.П., Ерин Д.А., Зимников В.И., Чупрын С.П., Шишкина Е.В., Филин В.В., Модин А.Н., Внукова Н.Т., Першин С.С., Лободин К.А., Дюльгер Г.П., Сулейманов С.М. Методическое пособие (по профилактике бесплодия у высокопродуктивного молочного скота) / ГНУ Всероссийский научно-исследовательский ветеринарный институт патологии, фармакологии и терапии Россельхозакадемии. Воронеж, 2010. 54 с.
  13. Новикова Е.Н. Этиология и патогенез неспецифического послеродового эндометрита и разработка системы его профилактики и терапии у коров. Дис. … д-р. ветеринар. наук. Краснодар: ФГБОУ ВПО “Кубанский государственный аграрный университет”, 2021. 362 c.
  14. Zhou W., Guo H., Lin J., Yang F. Multiple BODIPY derivatives with 1,3,5-triazine as core: balance between fluorescence and numbers of BODIPY units // J. Iran. Chem. Soc., 2018. V. 15. P. 2559.
  15. Padalkar V.S., Patil V.S., Sekar N. Synthesis and characterization of novel 2,2-bipyrimidine fluorescent derivative for protein binding // Chem. Cent. J. 2011. V. 5. № 1. P. 72.
  16. Irannejad H., Amini M., Khodagholi F., Ansari N., Tusi S.K., Sharifzadeh M., Shafiee A. Synthesis and in vitro evaluation of novel 1,2,4-triazine derivatives as neuroprotective agents // Bioorg. Med. Chem. 2010. V. 18. P. 4224.
  17. Dmitruk S.L., Druzhinin S.I., Kovalenko M.F., Uzhinov B.M. Acid-base interaction of 2,3-dimethyl-6-phenylimidazo-[1,2-b]-1,2,4-triazine in the ground and excited states // J. Photochem. Photobiol. 1995. V. 88. P. 129.
  18. SAMSUNG ELECTRONICS CO., LT D. Method for predicting efficacy of c-Met inhibitor (CN-104762371-B). SAMSUNG ELECTRONICS CO., LT D. 2019. P. 1.
  19. CHINESE ACADEMY OF SCIENCES; Shanghai Institute of Materia Medica (in: CAS). Reversible fluorescent compound identified by targeted tyrosine kinase and preparation method and application thereof (CN-111848657-B) // Chinese Academy of Sciences. 2021. P. 1.
  20. Helmholtz Association; BAYER AG. Imidazotriazines acting on cancer via inhibition of cdk12 (WO2021/176045A1). BAYER AG, 2021. P. 1.
  21. Goya P., de la Oliva C.G. Triazines, tetrazines and fused ring polyaza systems // Prog. Heterocycl. Chem. 2007. V. 18. P. 353.
  22. Rajagopal V., Narayanan N.J., Kathiresan M., Pattanayak D.K., Suryanarayanan V. Triazine interlinked covalent organic polymer as an efficient antibacterial agent // Mater. Today Chem. 2021. V. 19. P. 1
  23. Hu X., Guo Y., Wang T., Liu C., Yang Y., Fang G. A selectivity-enhanced ratiometric fluorescence imprinted sensor based on synergistic effect of covalent and non-covalent recognition units for ultrasensitive detection of ribavirin // J. Hazard. Mater. 2022. V. 421. P. 1
  24. Yu Y., Li G. Design of terbium (III)-functionalized covalent organic framework as a selective and sensitive turn-on fluorescent switch for ochratoxin A monitoring // J. Hazard. Mater. 2022. V. 422. Article 126927.
  25. Li Y., Li J.-J., Zhang Q., Zhang J.-Y., Zhang N., Fang Y.-Z., Yan J., Ke Q. The multifunctional BODIPY@ Eu-MOF nanosheets as bioimaging platform: A ratiometric fluorescencent sensor for highly efficient detection of F-, H2O2 and glucose // Sens. Actuators B: Chem. 2022. V. 354. Article 131140.
  26. Vandyshev D.Yu., Shikhaliev Kh. S., Prezent M. A., Kozaderov O.A., Ovchinnikov O.V., Smirnov M.S., Ilyinova T.N., Mangusheva D.A., Iminova R.R., Chetti P. Analysis of the spectral-luminescence properties of imidazo[1,2-b]pyrido[4,3-e][1,2,4]triazin-6(7Н)-ones // Luminescence. 2022. V. 37. P. 1689.
  27. Peczka N., Orgovan Z., Abranyi-Balogh P., Keseru G.M. Electrophilic warheads in covalent drug discovery: An overview //Expert Opinion on Drug Discovery. 2022. Т. 17. №. 4. С. 413-422.
  28. Вандышев Д.Ю., Крутских А.С., Колтаков И.А., Потапов А.Ю., Антипов С.С., Шихаливев Х.С., Хмелевская Т.Н. Исследование физико-химических характеристик флуоресцентных зондов класса азолотриазинов для идентификации микроорганизмов / Материалы VII конгресса биофизиков России. Т. 1. Краснодар, 2023 (Vandyshev D.Yu., Krutskikh A.S., Koltakov I.A., Potapov A.Yu., Antipov S.S., Shikhalivev Kh. S., Khmelevskaya T.N. Study of physicochemical characteristics of fluorescent probes of azolotriazine class for identification of microorganisms / Proc. of the VII Congress of Biophysicists of Russia. V. 1. Krasnodar, 2023.)
  29. Willmann J.K., Bruggen N., Dinkelborg M., Gabhir S.S. Molecular imaging in drug development // Nat. Rev. Drug Discov. 2008. V. 7. № 7. P. 591.
  30. Кучменко Т.А., Доровская Е.С., Босикова Я.Н., Сметанкина А.В., Битюкова В.В. Применение электронного носа на основе пьезоэлектрических сенсоров для сканирования летучих соединений гинекологических тестов // Журнал аналитической химии. 2021. Т. 76. С. 868 – 880. (Kuchmenko T.A., Dorovskaya E.S., Bosikova Y.N., Smetankina A.V., Bityukova V.V. Application of an electronic nose based on piezoelectric sensors for scanning volatile compounds of gynecological tests // J. Anal. Chem. 2021. V. 76. P. 868.)
  31. Кучменко Т.А., Умарханов Р.У., Менжулина Д.А. Биогидроксиапатит – новая фаза для селективного микровзвешивания паров органических соединений – маркеров воспаления в носовой слизи телят и человека. Сообщение 1. Сорбция в модельных системах // Сорбционные и хроматографические процессы 2021. Т. 21. № 2. С. 142.
  32. Кучменко Т.А., Умарханов Р.У., Менжулина Д.А. Биогидроксиапатит – новая фаза для селективного микровакуумного взвешивания маркеров воспаления в носовой слизи телят и человека Сообщение 2: Анализы в реальных условиях // Сорбционные и хроматографические процессы. 2021. Т. 21. № 2. С. 216.
  33. Kuchmenko T., Shuba A., Umarkhanov R., Chernitskiy A. Portable electronic nose for analyzing the smell of nasal secretions in calves: toward noninvasive diagnosis of infectious bronchopneumonia // Vet. Sci. 2021. V. 8. № 5. P. 74.
  34. Скориков В.Н., Кучменко Т.А., Михалев В.И., Умарханов Р.У., Сашнина Л.Ю., Чусова Г.Г. Применение прибора “электронный нос” для диагностики хронических заболеваний матки у молочных коров // Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии. 2020. № 3. С. 107.
  35. Кучменко Т.А., Шуба А.А., Умарханов Р.У., Дроздова Е.В., Черницкий А.Е. Применение пьезоэлектрического носа для оценки состояния дыхательной системы телят по летучим соединениям // Журн. аналит. химии. 2020. Т. 75. № 5. С. 645. (Kuchmenko T.A., Shuba A.A., Umarkhanov R.U., Drozdova E.V., Chernitskii A.E. Application of a piezoelectric nose to assessing the respiratory system in calves by volatile compounds // J. Anal. Chem. 2020. V. 75. P. 645.)
  36. Шабунин С.В., Кучменко Т.А., Скориков В.Н., Нежданов А.Г., Михалев В.И., Умарханов Р.У. Инновационные методы доклинической диагностики послеродового метрита у коров с применением прибора “Электронный нос” // Вестник Российской сельскохозяйственной науки. 2020. № 2. С. 48.
  37. Кучменко Т.А., Доровская Е.С., Менжулина Д.А., Чубаров Т.В., Мураховский И.А. Оценка возможности использования “электронного носа” для мониторинга нарушений при функциональном ожирении у детей в условиях стационара. наблюдения за изменениями состояния в процессе лечения // Журн. аналит. химии. 2023. Т. 78. С. 274. (Kuchmenko T.A., Dorovskaya E.S., Menzhulina D.A., Chubarov T.V., Murakhovsky I.A. Evaluation of the possibility of using the “electronic nose” for monitoring abnormalities in functional obesity of children in hospital conditions. observations of changes in condition during treatment // J. Anal. Chem. 2023. V. 78. P. 274.)
  38. Kuchmenko T.A., Dorovskaya E.S., Umarkhanov R.U., Krylov V.V., Smetankina, A. V., Menzhulina D.A., Bityukova V.V. Portable electronic nose system for fast gynecological-conditions diagnosis in consulting room: a case study // Sens. Actuators B: Chem. 2022. V. 358. Article 131538.
  39. Кучменко Т.А., Менжулина Д.А., Мураховский И.А. Обоснование возможности использования высокочувствительных пьезосенсоров в открытой системе для получения диагностической информации о летучих веществах кожи // Журн. аналит. химии. 2023. Т. 78. С. 711. (Kuchmenko T.A., Menzhulina D.A., Murakhovsky I.A. Justification of the possibility of using highly sensitive piezosensors in an open system for obtaining diagnostic information about volatile substances of the skin // J. Anal. Chem. 2023. V. 78. P. 711.)
  40. Kuchmenko T.А., Shuba A.А., Umarkhanov R.U., Lvova L.V. The new approach to a pattern recognition of volatile compounds: the inflammation markers in nasal mucus swabs from calves using the gas sensor array // Chemosensors. 2021. № 9. P. 116.
  41. Михайлов Н.Н., Лучко М.А., Коннова З.С. Получение образцов цервикальной слизи у коров. Москва: Ветеринария, 1967. 80 с.
  42. Скориков В.Н., Кучменко Т.А., Михалев В.И., Харланова А.Г., Шихалиев Х.С., Вандышев Д.Ю. Способ экспрессной диагностики послеродового метрита у молочных коров в режиме реального времени. Патент РФ № 2802522. Заявка RU2022118672A от 06.07.2022, опубл. 30.08.2023.
  43. de Lacy Costello B., Amann A., Al-Kateb H., Flynn C., Filipiak W., Khalid T., Osborne D., Ratcliffe N.M. A review of the volatiles from the healthy human body // J. Breath Res. 2014. V. 8. № 1. Article 014001.
  44. Longo V., Forleo A., Provenzano S.P., Coppola L., Zara V., Ferramosca A., Siciliano R., Capone S. HS-SPME-GC-MS metabolomics approach for sperm quality evaluation by semen volatile organic compounds (VOCs) analysis // Biomed. Phys. Eng. Express. 2019. V. 5. №. 1. Article 015006.
  45. Boots A.W., van Berkel J.J. B.N., Dallinga J.W., Smolinska A., Wouters E.F., van Schooten F.J. The versatile use of exhaled volatile organic compounds in human health and disease // J. Breath Res. 2012. V. 6. № 2. Article 027108.
  46. Capone S., Tufariello M., Forleo A., Longo V., Giampetruzzi L., Radogna, A. V., Casino F., Siciliano P. Chromatographic analysis of VOC patterns in exhaled breath from smokers and nonsmokers // Biomed. Chromatogr: BM C. 2018. V. 32. № 1-2. P. e4132.
  47. Markar S.R., Wiggins T., Kumar S., Hanna G.B. Exhaled breath analysis for the diagnosis and assessment of endoluminal gastrointestinal diseases // J. Clin. Gastroenterol. 2015. V. 49. № 1. P. 1.
  48. Markar S.R., Brodie B., Chin S.T., Romano A., Spalding D., Hanna G.B. Profile of exhaled-breath volatile organic compounds to diagnose pancreatic cancer // Br. J. Surg. 2018. V. 105. № 11. P. 1493.
  49. Lemfack M.C., Gohlke B.O., Toguem S.M. T., Preissner S., Piechulla B., Preissner R. mVOC 2.0: A database of microbial volatiles // Nucleic Acids Res. 2017. V. 46. № D1. P. D1261.
  50. Lemfack M.C., Nickel J., Dunkel M., Preissner R., Piechulla B. mVOC: A database of microbial volatiles // Nucleic Acids Res. 2014. V. 42. № D1. P. D744.
  51. Finamore P., Scarlata S., Incalzi R.A. Breath analysis in respiratory diseases: State-of-the-art and future perspectives // Expert Rev. Mol. Diagn. 2019. V. 19. № 1. P. 47.
  52. Lang A.L., Beier J.I. Interaction of volatile organic compounds and underlying liver disease: A new paradigm for risk // Biol. Chem. 2018. V. 399. № 11. P. 1237.
  53. Zhou J., Huang Z.-A., Kumar U., Chen D.D. Y. Review of recent developments in determining volatile organic compounds in exhaled breath as biomarkers for lung cancer diagnosis // Anal. Chim. Acta. 2017. V. 996. P. 1.
  54. Das S., Pal S., Mitra M. Significance of exhaled breath test in clinical diagnosis: A special focus on the detection of diabetes mellitus // J. Med. Biol. Eng. 2016. V. 36. P. 605.
  55. Fink T., Wolf A., Maurer F., Albrecht F.W., Heim N., Wolf B., Hauschild A.C., Bodeker B., Baumbach J.I., Volk T., Sessler D.I., Kreuer S. Volatile organic compounds during inflammation and sepsis in rats: A potential breath test using ion-mobility spectrometry // Anesthesiology. 2015. V. 122. № 1. P. 117.
  56. Filipiak W., Mochalski P., Filipiak A., Ager C., Cumeras R., Davis C.E., Agapiou A., Unterkofler K., Troppmair J.A compendium of volatile organic compounds (VOCs) released by human cell lines // Curr. Med. Chem. 2016. V. 23. № 20. P. 2112.
  57. Filipiak W., Sponring A., Filipiak A., Ager C., Schubert J., Miekisch, W., Amann A., Troppmair J. TD-GC-MS analysis of volatile metabolites of human lung cancer and normal cells in vitro // Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. 2010. Т. 19. № 1. P. 182.
  58. Сайк О.В., Мошкин М.П., Балдин М.Н., Грузнов В.М., Козлов В.А., Самороков С.Н., Деменков П.С., Иванисенко В.А., Колчанов Н.А. PROMEDIA – база данных химических соединений, потенциальных биомаркеров заболеваний, актуальных для неинвазивной диагностики // Математическая биология и биоинформатика. 2011. Т. 6. № 2. С. 250. (Saik O.V., Moshkin M.P., Baldin M.N., Gruznov V.M., Kozlov V.A., Samorokov S.N., Demenkov P.S., Ivanisenko V.A., Kolchanov N.A. PROMEDIA – Database of chemical compounds, potential biomarkers of diseases relevant for non-invasive diagnostics // Math. Biol. Bioinform. 2011. V. 6. № 2. P. 250.)
  59. Piechulla B., Degenhardt J. The emerging importance of microbial volatile organic compounds // Plant Cell Environ. 2014. V. 37. № 4. P. 811.
  60. Plyuta V., Lipasova V., Popova A., Koksharova O., Kuznetsov A., Szegedi E., Chernin L., Khmel I. Influence of volatile organic compounds emitted by Pseudomonas and Serratia strains on Agrobacterium tumefaciens biofilms // APMI S. 2016. V. 124. № 7. С. 586.
  61. Крылов В.П., Пашкин А.В., Сеченев В.В. Система управления здоровьем новорожденных телят // Ветеринарная патология. 2006. № 1. С. 31.
  62. Ерина Т.А. Микробиоценоз кишечника и иммунный статус новорожденных телят с разным морфофункциональным развитием и их коррекция. Дис. … канд. вет. наук. Воронеж: Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора И.И. Иванова, 2015. 149 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig.1

Download (28KB)
Indexing metadata
3. Fig.2

Download (29KB)
Indexing metadata
4. Fig.3

Download (28KB)
Indexing metadata
5. Fig.4

Download (24KB)
Indexing metadata
6. Fig. 1. Scheme of adding solutions of test substances of different concentrations to a solution of the fluorophore under study. Systems in which solutions with high concentrations of substances were used (X*) are marked with an asterisk.

Download (215KB)
Indexing metadata
7. Fig. 2. Photoluminescence (using reagent Z1 as an example) in water without additives (1), with the addition of 14 mM ammonia solution (2) and 60 mM HCl (3).

Download (128KB)
Indexing metadata
8. Fig. 3. Examples of photo plates when loading solutions of organic reagents with test substances under UV illumination with a wavelength of 365 nm.

Download (144KB)
Indexing metadata
9. Fig. 4. Conformational dynamics of 6-oxo-2-phenylimidazo[1,2-b]pyrido[4,3-e][1,2,4]triazin-7(6H)-yl)acetic acid.

Download (159KB)
Indexing metadata
10. Fig. 5. Behavior of Z1 on swabs under UV illumination with a wavelength of 365 nm (a), natural light (b) and its photoluminescence on paper test strips under the action of a solid-state laser with a wavelength of 405 nm (c) upon interaction with various volatile organic compounds.

Download (42KB)
Indexing metadata
11. Fig. 6. Cervical mucus samples with the addition of Z1 solution under natural (a) and UV illumination (b).

Download (108KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences