Номер Т. 9, № 4 (36) 2019

Протипухлинний ефект та розподіл заліза у пухлині та сироватці крові при магнітній нанотерапії карциносаркоми Уокер-256

Орел В.Е.1, Мельник В.О.1, Романов А.В.1, Рихальський О.Ю.1, Бурлака А.П.2, Лукін С.М.2, Щепотін І.Б.1

Резюме. Магнітна нанотерапія з використанням магніточутливого нанокомплексу (МНК), до складу якого входили наночастинки Fe3O4 та доксорубіцин із площею петлі гістерезису 1135,4 ерг/г, ініціює більший коефіцієнт гальмування росту карциносаркоми Уокер-256 (на 23%), ніж при використані МНК із меншою площею петлі гістерезису 136,3 ерг/г. Вміст комплексів вільного заліза був мінімальним у карциносаркомі Уокер-256 після магнітної нанотерапії з МНК, який мав більшу площу петлі гістерезису, а максимальний рівень вільного заліза виявляли у тварин після впливу офіцинального доксорубіцину. Концентрація іонів заліза в сироватці крові зростала в середньому в 2,2 раза в усіх досліджених групах, незалежно від особливостей проведеної терапії відносно показників як для тварин контрольної групи, так і тварин без пухлин. Концентрація сечової кислоти, аланінамінотрансферази, аспартатамінотрансферази, лужної фосфатази та креатиніну у сироватці крові під впливом магнітної нанотерапії у групах тварин, де зареєстрована максимальна протипухлинна дія, не мала статистично значущих відмінностей порівняно з групами тварин, у яких використовували офіцинальний доксорубіцин. Отримані результати свідчать, що використання магнітної нанотерапії не ініціює додаткову загальну токсичність. Це відкриває перспективи для подальшої розробки технології керованої локальної токсичності в межах допустимих доз компонентів МНК.

Вступ

Відомо, що хіміотерапія при злоякісних новоутвореннях асоціюється з підвищенням концентрації вільного заліза в крові. Декомпартметалізація іонів заліза супроводжується активацією пероксидного окислення ліпідів, руйнуванням біомембран, гемолізом і деструкцією залізотранспортних білків вільними радикалами OH, NO, Н2О2 та О2. У свою чергу, збільшення пулу вільного заліза в крові каталізує утворення вільних радикалів, які є вкрай токсичними сполуками. Доведено також роль порушень обміну ендогенного заліза та активних форм кисню в реалізації цитотоксичних ефектів багатьох протипухлинних препаратів, у тому числі доксорубіцину (ДР) [1]. Тому, незважаючи на активний розвиток сучасних методів лікування хворих на рак, загальні токсичні ефекти в організмі є настільки серйозними, що не завжди компенсуються позитивними результатами, які може дати протипухлинна хіміотерапія. Це частково зумовлено проблемами в реалізації ефекту керованої токсичності протипухлинних препаратів лише в межах дозування [2].

За останнє десятиріччя запропоновано нанотехнології, які здатні забезпечити таргетну доставку лікарських засобів та їхню пролонговану локально виражену протипухлинну дію [3]. Проведені експериментальні та клінічні дослідження продемонстрували певні перспективи у використанні технологій магнітної нанотерапії в лікуванні пацієнтів зі злоякісними новоутвореннями. До них можна віднести: вищу ймовірність селективного накопичення магніточутливих нанокомплексів (МНК) на основі наночастинок оксиду заліза магнетиту (Fe3O4 ) чи маггеміту (γFe2O3) у пухлинах та підсилення локального протипухлинного ефекту за рахунок індукційної гіпертермії хіміотерапевтичного ефекту препаратів або безпосередньої абляції (вапоризації) пухлин за температури від 41 °С до понад 46 °С. Однак існує ціла низка невирішених проблем: 1) індукційна гіпертермія в злоякісних пухлинах за температури >41 °С може супроводжуватися формуванням термотолерантності (терморезистентності) на клітинному рівні внаслідок ініціації синтезу білків теплового шоку; 2) за температури >45 °С ­відбувається суттєве зниження тканинної перфузії в злоякісних пухлинах; 3) накопичення наночастинок оксиду заліза в печінці та селезінці з подальшим його вивільненням із наночастинок іонів заліза та їх утилізація і біодеградація в організмі [4]. Таким чином, актуальним є вирішення завдання розробки технологій магнітної нанотерапії з низькою загальною і,

що важливо, керованою локальною токсичністю препарату.

Підходом до подолання вищезазначених труднощів може бути розробка протипухлинної технології магнітної нанотерапії в умовах помірної радіочастотної гіпертермії в пухлині (до 38 °C) [5]. Механізм дії технології заснований на комбінованому впливі слабких постійних і змінних магнітних полів на кінетику магнітохімічних вільнорадикальних реакцій [6]. В основі цих ефектів лежить принцип спінової селекції — реакції можливі лише з визначених спінових станів. Внаслідок взаємодії двох радикалів утворюється радикальна пара в синглетному або в триплетному стані, але рекомбінація цих радикалів у молекулу відбувається лише із синглетної пари. Реакція в триплетній парі заборонена згідно з принципом Паулі. Це може призводити до формування активних форм кисню через реакцію пероксиду водню з іонами заліза (реакція Фентона), яку використовують для руйнування органічних речовин [7]. Застосування технології магнітної нанотерапії перспективне для підвищення локального протипухлинного ефекту МНК на основі наночастинок Fe3O4 та антрациклінового антибіотика ДР, протипухлинну дію якого пов’язують з вільнорадикальними реакціями, чия реакційна активність може залежати від концентрації заліза та магнітних характеристик МНК [8].

З урахуванням вищенаведеного метою роботи було проведення порівняльного дослідження протипухлинного впливу МНК із різними магнітними характеристиками та розподілу заліза у пухлині й сироватці крові у тварин із карциносаркомою Уокер-256 при магнітний нанотерапії.

Об’єкт і методи дослідження

Трансплантована карциносаркома Уокер-256. Дослідження протипухлинної активності ДР, МНК, постійного магнітного поля (ПМП) та електромагнітного опромінення (ЕО) проведено на 115 неінбредних самках щурів масою тіла 175±14 г розведення віварію Національного інституту раку. Щури перебували в стандартних умовах віварію з природним режимом освітлення і на повноцінному раціоні харчування.

Для експериментальних досліджень обрано карциносаркому Уокер-256, яка виникла спонтанно в грудній залозі вагітних самок щурів-альбіносів [9]. Транс­плантацію пухлинних клітин карциносаркоми Уокер-256 здійснювали шляхом введення щурам у праве стегно 20% суспензії клітин в об’ємі 0,4 мл в сере­довищі 199. Введення ДР тваринам проводили в дозі 1,5 мг/кг маси тіла; МНК: ДР — 1,5 мг/кг, Fe3O4 — 3 мг/кг. Радіо­частотну гіпертермію і введення препаратів у хвостову вену тварин об’ємом 0,3 мл в розчині 0,9% NaCl починали на 3-тю добу після перещеплення пухлини з частотою 1 раз на 2 доби. Локальне неоднорідне ЕО пухлини тварин здійснювали експериментальним прототипом апарату «Магнітерм» («Радмір», Україна) з магнітодипольним аплікатором, що мав голчатий локалізатор та неодимовий постійний магніт із максимальною магнітною індукцією ПМП 0,4 Тл на відстані 8 мм від кінця диполів і частотою ЕО 70 МГц з вихідною потужністю 75 Вт. Увесь курс складався з 5 ін’єкцій та 5 ЕО, а також впливу ПМП. Контроль температури здійснювали волоконно-оптичним термометром ТМ-4 («Радмір», Україна). Внутрішньопухлинна температура не перевищувала 38 °С.

Усі дослідження на тваринах здійснювали згідно з нормами, встановленими законом України № 3447-ІV «Про захист тварин від жорстокого поводження», і нормами, прийнятими в Європейській конвенції із захисту хребетних тварин, яких використовують для експериментальних і наукових цілей, від 20.09.1985 р.

МНК. Як самостійні частини або складові препаратів були використані наночастинки оксиду заліза Fe3O4 діаметром <50 нм («Sigma-Aldrich», США) і ДР («Пфайзер», Італія). Механомагнітохімічний синтез МНК проводили за допомогою механомагнітного реактора «ММР1» (Національний інститут раку, Україна). МНК піддавали постійній механічній активації з інтенсивністю підведення механічної енергії 20 Вт/г та частотою 35 Гц за допомогою просторового коливання камери з кульками та одночасній дії радіочастотного випромінювання від індуктора з частотою 40 МГц з вихідною потужністю 2 Вт і змінних параметрах ПМП неодимових магнітів протягом 5 хв [5]. Синтезовано два типи зразків МНК з відмінними магнітними характеристиками при дії (табл. 1) [10].

Таблиця 1. Магнітні характеристики зразків МНК при 38 °C*

Параметр МНК1 МНК2
Магнітний момент насичення, mS, емо/г 8,55 10, 5
Коерцитивна сила НС, Е 13,1 4,4
Площа петлі гістерезису, ерг/г 136,3 1135,4
g-Фактор 2,43 2,43

*ДР офіцинальний — діамагнетик, питомий магнітний момент m = —1,18 емо/г, при 3000 E.

Радіоспектроскопія. Дослідження проведено на тваринах із перещепленою карциносаркомою Уокер-256. Тканини пухлини досліджували методом електрон­ного парамагнітного резонансу (ЕПР) за температури рідкого азоту (77 К). Для цього 500 мг тканини розміщували в спеціальну прес-форму і заморожували в рідкому азоті. Отриманий зразок досліджували на комп’ютеризованому спектрометрі ЕПР РЕ-1307. Якісні та кількісні зміни в функціонуванні електронно-транспортного ланцюга (ЕТЛ) мітохондрій визначали за розташуванням сигналів ЕПР (g-фактор спектроскопічного розщеплення), а також вимірювали амплітуду відповідного сигналу в контрольних і дослідних зразках тканин. Досліджували стан FeS-білків N2 ЕТЛ мітохондрій (g-фактор 1,94); рівень флавоубісеміхінону в ЕТЛ мітохондрій (g-фактор 2,00); динаміку формування комплексів NO з FeS-білками в ЕТЛ мітохондрій N-типу (g-фактор 2,03); динаміку формування структурних змін в ЕТЛ мітохондрій за формуванням триплетного сигналу в спектрах ЕПР (g-фактор 2,007). Швидкість генерування супероксидних радикалів у мітохондріях клітин тканин вимірювали за допомогою спінового уловлювача — 1-гідрокси-2,2,6,6-тетраметил-l-4-окси-піперидин гідрохло­риду (TEMPONE-H) та методу ЕПР у спеціальних парамагнітно чистих кварцових кюветах за температури 20 °С.

Біохімічний аналіз. Для визначення біо­хімічних показників сироватки крові щурів використовували автоматичний біо­хімічний аналізатор VITROS-250 (CША) та стандартні набори реагентів фірми «Ortho-Clinical Diagnostics» (Великобританія). Концентрацію сироваткового заліза визначали колометричним методом із ферозином. Для насичення трансферину до сироватки крові додавали іонний розчин Fe3+. Після 5 хв інкубації та відокремлення незв’язаних іонів заліза за допомогою сорбенту обчислювали загальну залізозв’язувальну здатність сироватки крові (ЗЗЗС) та відсоток насичення трансферину як відношення сироваткового заліза до ЗЗЗС. Рівень феритину у сироватці крові визначали реагентами фірми «BioSystems» (Іспанія) турбідинаметричним методом преципітації антитілами.

Загальну токсичність протипухлинної терапії оцінювали за її впливом на печінку і нирки шляхом визначення таких біохімічних маркерів: аланінамінотрансферази (АлАТ), аспартатамінотрансферази (АсАТ) (із піродоксаль-фосфатом), лужної фосфатази (за перетворенням п-нітрофенілфосфату), сечової кислоти та креатиніну відповідно. Концентрацію субстратів визначали колориметричними методами: глюкози — глюкооксидазним, сечової кислоти — з уриказою, креатиніну — методом Яффе без депротеїнізації. Активність ферментів оцінювали стандартизованими IFCC кінетичними методами.

Статистика. Для оцінювання нелінійної динаміки росту пухлин тварин використовували фактор росту φ та коефіцієнт гальмування пухлини κ [11]. Статистичний аналіз вірогідності отриманих даних проводили за допомогою t-критерію Стьюдента з попередньою перевіркою гіпотези про нормальний закон розподілу випадкової величини за критерієм Колмогорова — Смірнова. Для аналізу даних використовували пакет прикладних програм Statistica 6.0.

Результати та їх обговорення

Динаміка росту карциносаркоми Уокер-256. У табл. 2 наведено результати впливу МНК при дії ПМП та ЕО на нелінійну динаміку росту карциносаркоми Уокер-256 з 3-ї по 15-ту добу після перещеплення пухлини. Згідно з одержаними даними статистично достовірною є різниця між протипухлинними ефектами МНК1 і МНК2 як без впливу, так і після спільної дії ПМП та ЕО. Протипухлинна дія МНК2 на основі розрахунку коефіцієнта гальмування росту пухлини в першому та другому випадках була, відповідно, на 20 та 23% більшою, ніж при МНК1.

Таблиця 2. Вплив нанокомплексів із різними магнітними властивостями при дії ПМП та ЕО на нелінійну динаміку росту карциносаркоми Уокер-256

Група тварин Серія дослідів Параметр
Фактор росту
пухлини (φ),
доба-1
Коефіцієнт гальмування росту пухлини (κ),
відн. од.
1 Контроль 0,43±0,01 1,00
2 Офіцинальний ДР 0,32±0,011 1,35
3 МНК1 0,40±0,011, 2 1,09
4 МНК2 0,33±0,021, 3 1,31
5 МНК1 + ПМП + ЕО 0,34±0,011, 3 1,27
6 МНК2 + ПМП + ЕО 0,28±0,021, 3, 5 1,56

1–5Статистично значущі відмінності порівняно з 1–5-ю групами тварин відповідно з рівнем значущості р<0,05.

При порівнянні отриманих результатів МНК із самостійною протипухлинною дією офіцинального ДР на основі аналізу коефіцієнта гальмування росту пухлини слід зазначити, що лише у 6-й групі тварин після спільної дії МНК2 із ПМП та ЕО зафіксовано більший коефіцієнт гальмування росту пухлини — на 15,5%. Подальші спостереження за змінами розміру пухлин до 22-ї доби після її перещеплення засвідчили незмінність вищенаведених тенденцій коефіцієнта гальмування росту пухлини, незважаючи на те, що в 1–4-й групах зафіксована часткова загибель тварин із великими розмірами пухлин.

Відносна кількість тварин, що ви-­­­­­жи­ли після терапії при використанні МНК2 на 90-ту добу після перещеплення пухлини, була у 4 рази більшою, ніж після дії МНК1. При цьому криві виживаності за 3 міс спостереження статистично достовірно відрізнялися згідно з long-rank тестом (χ2=4,92; p=0,027). Після комбінованої дії МНК2, ПМП та ЕО відсоток тварин, що вижили на 90-й день експерименту, був у 2,1 раза вищим, ніж після аналогічної терапії, але із застосуванням МНК1. Різниця між зазначеними показниками виживаності також була статистично достовірною за критерієм long-rank тесту (χ2=4,00; p=0,045). Виживаність тварин після комбінованої дії МНК2, ПМП та ЕО була у 2,5 раза вищою, ніж після дії офіцинального ДР, та у 8,6 раза вищою, ніж у тварин із контрольної групи. Виживаність тварин за 3 міс також статистично достовірно відрізнялася за log-rank тестом (χ2=10,65; p=0,001) [10].

Таким чином, встановлено, що поряд із раніше відомим фактом залежності ефекту магнітної нанотерапії від зовнішніх параметрів ПМП й ЕО злоякісних пухлин [5] існує також залежність від власних магнітних параметрів МНК в умовах помірної індукційної гіпертермії до 38 °C у пухлині.

Радіоспектроскопія пухлини. У тканині (рисунок, табл. 3) пухлини тварин контрольної групи зареєстровано високий рівень комплексів вільного заліза 4,2±0,43 відн.од. (сигнал ЕПР з g-фактором спектроскопічного розщеплення 2,2–2,4). Під впливом офіцинального ДР у тканині пухлини підвищується рівень вільного заліза до значень 8,8±0,67 відн. од. та комплексів NOFeS-білків у ЕТЛ мітохондрій клітин (сигнал ЕПР з g=2,03) до 0,41±0,09 відн. од. Це свідчить про подальше ініціювання пошкодження мітохондрій відомим протипухлинним фактором.

Рисунок. Спектри ЕПР карциносаркоми Уокер-256: 1 — контроль Уокер‑256 (без впливу); 2 — офіцинальний ДР; 3 — МНК1; 4 — МНК2; 5 — МНК1 + ПМП + ЕО; 6 — МНК2 + ПМП + ЕО; 7 — тканина грудної залози вагітних тварин

Таблиця 3. Вплив нанокомплексів із різними магнітними властивостями при дії ПМП та ЕО
на вміст вільного заліза, швидкість генерування NO та О2 у тканині карциносаркоми Уокер-256


групи
Серія дослідів Комплекси вільного заліза (відн.од.), g=2,2–2,4 Комплекси NO з FeS-білками (відн. од.), g=2,03 NO
(нмоль/г сирої тканини)
О·2
(нмоль/г сирої тканини∙хв)
1 Контроль
Уокер-256
(без впливу)
4,2±0,43 0,12±0,07 2,4±0,16 0,45±0,11
2 Офіцинальний ДР 8,8±0,671 0,41±0,091 2,74±0,21 0,63±0,12
3 МНК1 2,5±0,191, 2 0,3±0,13 1,91±0,161, 2 0,38±0,10
4 МНК2 4,1±1,132 0,45±0,19 2,82±0,111, 3 0,68±0,14
5 МНК1 + ПМП + ЕО 2,5±0,882 0,40±0,091 1,86±0,121, 2, 4 0,35±0,11
6 МНК2 + ПМП + ЕО 0,17±0,251–5 0,61±0,23 2,78±0,153, 5 0,64±0,26
7 Тканина грудної залози вагітних тварин 0,25±0,03 1,5±0,091–6 0,23±0,122, 4

1–6Статистично значущі відмінності порівняно з 1–6-ю групами тварин відповідно з рівнем значущості р<0,05.
В умовах застосування МНК1 у тканині пухлини вміст комплексів вільного заліза знизився до значень 2,5±0,19 відн. од., знизився і рівень комплексів NOFeS-білків до 0,3±0,13 відн. од., а також рівень власне триплетного сигналу ЕПР. У 4-й групі тварин, які отримували МНК2, у пухлині зростає рівень вільного заліза до 4,1±1,13 відн. од., комплексів NO з FeS-білками N-типу — до 0,45±0,19 відн. од. Спектри ЕПР тканини пухлини мали схожі спектроскопічні характеристики при введенні тваринам МНК1 + ПМП + ЕО, як і при впливі МНК1. У 6-й групі тварин після впливу МНК2 + ПМП + ЕО в пухлині виявлено найнижчий рівень вільного заліза. В інтактних тварин без пухлини сигналів ЕПР, які визначають рівень вільного заліза у тканинах, не зареєстровано.

Швидкість генерування супероксидних радикалів у пухлинах тварин 2-ї, 4-ї та 6-ї груп була в середньому у 2,8 раза вищою порівняно з тканинами тварин без пухлин.

Результати аналізу радіоспектро­скопії пухлин в цілому свідчать про те, що використання МНК2 при магнітній нанотерапії пухлин ініціювало в пухлині зниження концентрації комплексів вільного заліза та збільшення оксиду азоту порівняно із застосуванням МНК1. Підвищення рівнів NO призводить до порушення функцій FeS-білків ЕТЛ мітохондрій, зростання швидкості генерування супероксидних радикалів у мітохондріях клітин, зниження рівнів гетерогенної клітинної гіпоксії та активації редоксзалежних ферментів [12].

Таким чином, можна констатувати, що використання технології магнітної нанотерапії відкриває перспективи для подальшої розробки ефекту керованої локальної токсичності на основі підбору оптимальних магнітних властивостей МНК.

Біохімічний аналіз сироватки крові. Для розуміння взаємозв’язку ефекту розподілу заліза між пухлиною та організмом під впливом магнітної нанотерапії проведено біохімічний аналіз змін концентрації заліза та залізовмісних білків у сироватці крові тварин. У табл. 4 наведено вплив нанокомплексів із різними магнітними властивостями при дії ПМП та ЕО на зміну концентрації заліза та залізовмісних білків у сироватці крові тварин з карциносаркомою Уокер-256 на 15-ту добу після перещеплення пухлини. Аналізуючи ці дані, слід відмітити, що вміст іонів заліза в сироватці крові зростав в середньому в 2,2 раза в усіх досліджених групах, незалежно від особливостей проведеної терапії, відносно показників як для тварин контрольної групи, так і тварин без пухлин. Концентрація феритину зростала у тварин 3-ї групи під впливом МНК1 порівняно з контрольною групою; він також мав статистично значущі відмінності порівняно з 4-ю та 5-ю групами тварин. ЗЗЗС зростала лише під впливом МНК2 на 27% відносно контрольної групи. Процент насичення трансферину підвищувався в середньому на 105% під впливом усіх досліджених факторів стосовно показників як для тварин конт­рольної групи, так і тварин без пухлин. Слід відзначити, що всі досліджені показники не відрізнялися у тварин контрольної групи з карциносаркомою Уокер-256 від аналогічних у щурів без пухлин.

Таблиця 4. Вплив нанокомплексів із різними магнітними властивостями при дії ПМП та ЕО на зміну концентрації заліза та залізовмісних білків у сироватці крові тварин із карциносаркомою Уокер-256

№ групи Серія дослідів Залізо, мкмоль/л Феритин, мкг/л ЗЗЗС, мкмоль/л Насичення трансферину, %
1 Контроль
Уокер-256
(без впливу)
15,4±1,2 158,6±10,3 68,8±4,9 22,6±0,8
2 Офіцинальний ДР 38,4±2,61 204,5±22,3 77,0±2,8 50,3±3,91
3 МНК1 31,0±3,91 243,8±21,91 68,2±8,0 45,7±2,91
4 МНК2 38,2±3,41 161,3±16,73 87,5±6,11 43,6±2,41
5 МНК1 + ПМП + ЕО 34,1±3,11 147,4±20,93 77,6±5,1 44,4±3,91
6 МНК2 + ПМП + ЕО 35,3±4,61 192,3±24,9 73,3±9,4 48,6±2,51
7 Тварини без пухлин 16,7±0,772–6 171,3±11,23 70,8±3,24 22,8±1,52–6

1–6Статистично значущі відмінності порівняно з 1–6-ю групами тварин із рівнем значущості р<0,05.

Відомо, що вплив хіміотерапевтичних протипухлинних препаратів супроводжується порушенням депонування заліза і його розподілом між тканинами та органами. Зіставляючи отримані експериментальні дані з наведеними у роботі [13], варто відмітити раніше відому тенденцію до підвищення вмісту заліза у сироватці крові під впливом хіміотерапії злоякісних новоутворень. На думку цитованих вище авторів, це зумовлено ефектом гемолізу з урахуванням того, що близько 60% заліза в організмі людини знаходиться у гемоглобіні крові. Підвищення концентрації сироваткового заліза закономірно супроводжувалося зростанням проценту насичення трансферину. Такі зміни у ланках транс­портного процесу заліза зумовлювали у подальшому збільшення кількості залізовмісних сполук у групах дослідних тварин, основна з яких — металопротеїд феритин.

У табл. 5 наведено зміни концентрації глюкози та низки біохімічних сполук у сироватці крові тварин з карциносаркомою Уокер-256, які були використані для оцінки загальної токсичної дії технології магнітної нанотерапії.

Таблиця 5. Вплив нанокомплексів із різними магнітними властивостями при дії ПМП та ЕО на зміну концентрації біохімічних показників у сироватці крові тварин із карциносаркомою Уокер-256


групи
Серія
дослідів
Глюкоза, ммоль/л Сечова кислота, мкмоль/л АлАТ,
U/L
АсАТ,
U/L
Лужна фосфатаза,
U/L
Креатинін, мкмоль/л
1 Контроль
Уокер-256
(без впливу)
3,0±0,46 112,3±2,8 85,4±4,9 270,6±23,9 271,2±15,3 66,0±2,3
2 Офіцинальний ДР 6,0±0,421 95,9±5,71 88,7±7,2 324,7±13,5 238,2±28,2 68,7±2,4
3 МНК1 5,4±0,671 96,5±9,5 105,5±8,7 286,8±13,3 269,5±24,0 67,8±2,2
4 МНК2 6,6±0,511 81,3±4,71 93,5±6,9 314,8±31,6 334,8±21,01,2 59,3±4,1
5 МНК1 + ПМП + ЕО 6,0±0,621 83,6±6,71 79,7±5,03 302,4±21,2 212,7±25,54 63,3±3,0
6 МНК2 + ПМП + ЕО 5,1±0,781 96,3±8,7 92,4±8,4 288,3±9,32 238,3±17,94 64,7±4,0
7 Тварини без пухлин 7,9±0,281–6 97,8±4,21,4 80±3,033 243,5± 13,82,3,5,6 284,7±11,34–6 61,7±2,5

1–6Статистично значущі відмінності порівняно з 1–6-ю групами тварин із рівнем значущості р<0,05.

Аналіз даних свідчить про те, що концентрація глюкози у всіх експериментальних тварин під впливом різних факторів терапії була в середньому на 94% вищою, ніж у тварин контрольної 1-ї групи, та наближалася до значення цього показника у щурів, які не мали пухлин. Це узгоджується з відомим фактом про те, що хіміотерапія з використанням ДР ініціює підвищення рівня глюкози в крові [14]. Відомо також, що пухлинні тканини утилізують глюкозу зі значно більшою швидкістю, ніж нормальні, навіть в аеробних умовах. В організмі пухлиноносія виникає гіпоглікемія. При цьому поглинання кисню внаслідок гліколізу пригнічує цикл трикарбонових кислот (ефект Кребса). Цикл трикарбонових кислот — це ключовий етап дихання клітин, центр перетину метаболічних шляхів в організмі, проміжний етап між гліколізом та ЕТЛ. Кінцевим результатом цих пов’язаних шляхів є окислення поживних речовин для отримання необхідної хімічної енергії у формі аденозинтрифосфату. Вважають, що аеробний гліколіз у пухлинних клітинах, імовірно, відіграє роль механізму захисту від активних форм кисню [15]. Тому можна стверджувати, що отримані результати підвищення концентрації глюкози під впливом протипухлинної терапії у тварин із карциносаркомою Уокер-256 відносно показників у нелікованих щурів та вирівнювання до значень, що були у щурів без пухлин, підтверджують відомі уявлення.

Що стосується таких речовин, як сечова кислота, АлАТ, АсАТ, лужна фосфатаза та креатинін, концентрація яких у сироватці крові характеризує токсичну дію технології магнітної нанотерапії, то у тварин 6-ї групи, в якій зареєстровано максимальну протипухлинну дію, всі визначені біохімічні показники не мали статистично значущих відмінностей порівняно з 2-ю групою тварин, в якій застосовували офіцинальний ДР. Таким чином, це свідчить про те, що використання технології магнітної нанотерапії з МНК2 не ініціює додаткової загальної токсичності.

Висновки

1. Магнітна нанотерапія з використанням МНК з площею петлі гістерезису 1135,4 ерг/г ініціює більший коефіцієнт гальмування росту пухлини — на 23%, ніж при використанні нанокомплексу з меншою площею петлі гістерезису 136,3 ерг/г.

2. Вміст комплексів вільного заліза був мінімальним у карциносаркомі Уокер-256 після магнітної нанотерапії з МНК, який мав площу петлі гістерезису 1135,4 ерг/г, а максимальний рівень вільного заліза відзначали у тварин після впливу офіцинального ДР.

3. Концентрація іонів заліза та процент насичення трансферину в сироватці крові в усіх досліджених групах, незалежно від особливостей проведеної терапії, зростали в середньому в 2,2 та 2 рази відносно показників як у тварин конт­рольної групи, так і тварин без пухлин.

4. У тварин з карциносаркомою Уокер-256, у яких зареєстровано максимальну протипухлинну дію при використані МНК з площею петлі гістерезису 1135,4 ерг/г, концентрація АлАТ, АсАТ, лужної фосфатази та креатиніну не мала статистично значущих відмінностей порівняно з групою тварин, в якій застосовували офіцинальний ДР.

Список використаної літератури

1. Valko M., Morris H., Cronin M.T.D. (2005) Me­tals, toxicity and oxidative stress. Curr. Med. Chem., 12: 1161–1208.

2. Smith A.D., Roda D., Yap T.A. (2014) Strategies for modern biomarker and drug development in oncology. J. Hematol. Oncol., 7(1): 70.

3. Gowda R., Jones N.R., Banerjee S., Robertson G.P. (2013) Use of nanotechnology to develop multi-drug inhibitors for cancer therapy. J. Nanomed. Nanotechnol., 4(6): 1–16.

4. Amiji M.M. (2007) Nanotechnology for cancer therapy. Boca Raton: CRC Press, 820 p.

5. Орел В., Дзятковская Н., Романов А. (2013) Магнитная нанотерапия рака. Saarbrucken: LAP Lambert Academic Publishing, 224 с.

6. Salikhov K.M., Molin Y.N., Sagdeev R.Z. (1984) Spin polarization and magnetic effects in radical reactions. Amsterdam: Elsevier, 419 p.

7. Gielen M., Tiekink E.R. (2005) Metallotherapeutic drugs and metal-based diagnostic agents — the use of metals in medicine. Chichester: John Wiley & Sons Ltd., 598 p.

8. Orel V.E., Shevchenko A.D., Nikolov N.A. et al. (2014) Comparative study of magnetic properties and antitumor effect of nanocomplexes from oxides iron nanoparticles and doxorubicin during radio-frequency hyperthermia of the Walker-256 carcinosarcoma. Nano LIFE, 4(2), DOI: 10.1142/S1793984414500032.

9. Stewart H.L., Snell K.C., Dunham. L.J., Schlyen S.M. (1959) Atlas of tumor pathology sect. XII, Fase. 40. Washington, DC: Air Force Institute of Pathology: 216–271.

10. Орел В.Е., Шевченко А.Д., Рихальський О.Ю. та ін. (2014) Магнітна нанотерапія тварин із карциносаркомою Уокер-256. Доповіді Національної Академії Наук України, 11: 172–179.

11. Эмануэль Н.М. (1977) Кинетика экспериментальных опухолевых процессов. М.: Наука, 419 с.

12. Бурлака А.П., Сидорик Є.П. (2006) Радикальні форми кисню та оксиду азоту при пухлинному процесі. К.: Наукова думка, 228 с.

13. Follézou J.Y., Bizon M. (1986) Cancer chemotherapy induces a transient increase of serum-iron level. Neoplasma, 33(2): 225–231.

14. Geetha A., Catherine J., Shyamala Devi C.S. (1989) Effect of α-tocopherol on doxorubicin induced alterations in glucose metabolism — A pilot study. J. Biosci., 14: 243–247.

15. Осинский С., Ваупель П. (2009) Микрофизиология опухолей. Киев: Наукова думка, 256 с.

Противоопухолевый эффект и распределение железа в опухоли и сыворотке крови при магнитной нанотерапии карциносаркомы Уокер‑256

В.Э. Орел1, В.А. Мельник1, А.В. Романов1, А.Ю. Рыхальский1, А.П. Бурлака2, С.Н. Лукин2, И.Б. Щепотин1

1Национальный институт рака, Киев
2Институт экспериментальной патологии, онкологии и радиобиологии им. Р.Е. Кавецкого НАН Украины, Киев

Резюме. Магнитная нанотерапия с использованием магниточувствительного нанокомплекса (МНК), в состав которого входили наночастицы Fe3O4 и доксорубицин с площадью петли гистерезиса 1135,4 эрг/г, инициирует больший коэффициент торможения роста карциносаркомы Уокер-256 (на 23%), чем при использовании МНК с меньшей площадью петли гистерезиса 136,3 эрг/г. Содержание комплексов свободного железа было минимальным в карциносаркоме Уокер-256 после магнитной нанотерапии с МНК, который имел большую площадь петли гистерезиса, а максимальный уровень свободного железа отмечали у животных после воздействия официнального доксорубицина. Концентрация ионов железа в сыворотке крови возрастала в среднем в 2,2 раза во всех исследованных группах независимо от особенностей проводимой терапии относительно показателей как для животных контрольной группы, так и животных без опухолей. Концентрация мочевой кислоты, аланинаминотрансферазы, аспартатамино­трансферазы, щелочной фосфатазы и креатинина в сыворотке крови под влиянием магнитной нанотерапии в группах животных, где зарегистрировано максимальное противоопухолевое действие, не имела статистически значимых различий по сравнению с группами животных, в которых использовали официнальный доксорубицин. Полученные результаты свидетельствуют, что использование магнитной нанотерапии не инициирует дополнительной общей токсичности. Это открывает перспективы для дальнейшей разработки технологии управляемой локальной токсичности в пределах допустимых доз компонентов МНК.

Ключевые слова: карциносаркома Уокер-256, магнитная нанотерапия, магниточувствительный нанокомплекс, железо, трансферин, доксорубицин.

Antitumor effect and the distribution of iron in the tumor and blood serum during magnetic nanotherapy of Walker-256 carcinosarcoma

V.E. Orel1, V.O. Melnik1, A.V. Romanov1, A.Y. Rykhalskiy1, A.P. Burlaka2, S.M. Lukin2, I.B. Shchepotin1

1National Cancer Institute, Kyiv
2R.E. Kavetsky Institute of Experimental Pathology, Oncology and Radiobiology of the NAS of Ukraine, Kyiv

Summary. Magnetic nanotherapy by the magnetosensitive nanocomplex (MNC) comprised of Fe3O4 nanoparticles and doxorubicin with a hysteresis loop area of 1135.4 erg/g has initiated greater growth inhibition factor of carcinosarcoma Walker-256 on 23% as compared to the MNC with lesser hysteresis loop area of 136.3 erg/g. The content of free iron complexes was minimal in carcinosarcoma Wal­ker-256 after magnetic nanotherapy by MNC with a large hysteresis loop area, and the maximum level of free iron was observed in animals after exposure to conventional doxorubicin. The concentration of iron ions in the blood serum increased in 2.2 times on the average in all studied groups, regardless of received treatment, as compared to the control group and animals without tumors. The concentration of uric acid, alanine aminotransferase, alkaline phosphatase, and creatinine in the serum of the animals with the greatest antitumor effect of magnetic nanotherapy did not statistically differed from the animals treated by conventional doxorubicin. Obtained results testified that magnetic nanotherapy did not initiated additional overall toxicity. This opens up the opportunities for further development of the technology for controlled local toxicity within the allowable dose components MNC.

Key words: carcinosarcoma Walker-256, magnetic nanotherapy, magnetosensitive nanocomplex, iron, transferrin, doxorubicin.

Адреса:
Орел Валерій Еммануїлович
03022, Київ, вул. Ломоносова, 33/43
Національний інститут раку
Тел.: (044) 257-60-68
Е-mail: v-orel@voliacable.com

Коментарів немає » Додати свій
Leave a comment