CC BY
122
REVIEWS
УДК 546.26.043
ЗАСТОСУВАННЯ КОМПЛЕКСІВ ФУЛЕРЕНУ С60 ІЗ ПРОТИПУХЛИННИМИ ПРЕПАРАТАМИ У ХІМІОТЕРАПІЇ
С. В. ПРИЛУЦЬКА Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна
E-mail: [email protected]
Отримано 07.04.2014
Узагальнено дані літератури і результати власних досліджень щодо протипухлинної дії in vitro й in vivo фулерену С60 та його похідних, цитостатиків, а також кон’югованих комплексів на їх основі, які уможливлюють його практичне застосування у комбінованій хіміотерапії для підвищення ефективності лікування злоякісних новоутворень.
Механізм протипухлинної дії фулерену С60 у комбінованому застосуванні з цитостатиками ґрунтується на антиоксидантній властивості його молекули, що сприяє зниженню побічної токсичної дії традиційних препаратів в організмі, та здатності цілеспрямовано транспортувати їх у клітини-мішені.
Унікальна структура фулерену С60 дає змогу модифікувати його поверхню хіміотерапевтичними препаратами. За комбінованої дії кон’югату «фулерен С60-хіміопрепарат» спостерігається посилення протипухлинних ефектів як за умов in vitro, так й in vivo, зокрема зниження кількості життєздатних пухлинних клітин, зменшення розміру пухлини тощо. Окрім того, виявлено захисні ефекти фулерену С60 та його похідних щодо токсичної дії хіміопрепаратів в організмі. Збільшення розміру кон’югату дозволяє йому довше утримуватись у клітині і подовжувати тривалість дії препарату. Здатність молекул С60 до вибіркового накопичення уможливлює використання їх для таргентного доставлення ліків.
Ключові слова: фулерен С60, доксорубіцин, цисплатин,паклітаксель,трансформованіклітини, комбінована хіміотерапія.
Створення нових біосумісних наномате-ріалів, здатних виявляти протипухлинну активність, сприяти цілеспрямованому достав-ленню ліків у місця локалізації патологічних процесів і посилювати протипухлинну дію у поєднанні з традиційними хіміопрепаратами, водночас знижуючи їхні токсичні ефекти в організмі, є важливою комплексною проблемою, яка потребує використання досягнень нанобіотехнологій. Протипухлинну хіміотерапію, як окремо так і комбіновано (хірургічне втручання, гормоно-, радіо-, імунотерапія тощо), широко застосовують для лікування онкологічних захворювань (раку молочної залози, легень, крові, лімфом, сарком тощо), унаслідок чого подовжується і поліпшується життя хворих. Як відомо, протипухлинні препарати ефективно діють на клітини, що швидко проліферують. Разом з тим вони негативно впливають на нормаль-
ні клітини, спричинюючи різноманітні побічні ефекти під час і після лікування [1-3].
Характеристика цитостатиків. Найпоширенішими терапевтичними засобами у хіміотерапії раку є антибіотики антрацик-лінового ряду, зокрема доксорубіцин, андрі-аміцин, епірубіцин, рубоміцин та їх аналоги [4]. Так, доксорубіцин має антимітотичну й антипроліферативну активність, що зумовлено його здатністю цілеспрямовано взаємодіяти з ДНК (інтеркалювати) і пригнічувати синтез нуклеїнових кислот [5]. З другого боку, доксорубіцин справляє побічні ефекти на організм хворих, що обмежує його застосування у протираковій хіміотерапії. Виявлено доксорубіциніндуковану кардіо-[6], гепато- [7, 8], нефрон- [9, 10] і пульмо-нотоксичність [11, 12]. Ці ефекти доксорубі-цину зумовлені безпосереднім ушкодженням міоцитів, гепатоцитів, альвеол, епітеліальних
клітин. Посилення запальних процесів у легенях, нирках, печінці тощо призводить до гемолітичного і уремічного синдромів, ушкодження судин та структури органів, що, у свою чергу, супроводжується хронічними їх захворюваннями і порушенням нормального функціонування організму загалом [13, 14].
Доксорубіцин опосередковано спричинює зсув окисно-відновних реакцій у пухлинах і здорових тканинах. Молекула доксорубі-цину здатна проникати всередину клітини шляхом пасивної дифузії або за допомогою активного транспорту. Доксорубіцин сприяє зростанню продукції вільних радикалів — активних форм кисню (АФК) і азоту, внаслідок чого посилюються процеси пероксидно-го окиснення ліпідів мембран та біомолекул [15, 16], порушується функція дихального ланцюга мітохондрій [17], змінюється плинність мембран і транспорт іонів, зокрема внутрішньоклітинна концентрація іонів кальцію [18], порушується передача міжмолекулярних сигналів тощо, що зрештою призводить до загибелі клітин через апоптоз.
Наступний препарат, який широко використовують у лікуванні онкозахворювань, зокрема раку яєчників, сечового міхура, стравохода, легень, а також пухлин голови і шиї, є водорозчинне неорганічне похідне двовалентної платини — цисплатин (цис-діа-мінодихлорплатина) ^-[Р^ПХМН^С^]. Похідними платини як терапевтичні препарати є тетра-, ормі-, іпро-, оксаліплатина тощо.
Цисплатин — протипухлинний металовмісний препарат алкілювальної дії, який ковалентно зв’язується з ДНК. Як сильна електрофільна сполука, він реагує з нуклео-фільними групами нуклеїнових кислот та сульфгідрильними групами протеїнів. Цитотоксична дія препарату на клітини зумовлена утворенням ДНК-платинових аддуктів (із сусідніми залишками гуанінів), зшивок ДНК з протеїнами. У клітинах пухлин циспла-тин спричинює вибіркове і стійке гальмування синтезу ДНК і, відповідно, поділу та розмноження. Встановлено, що ці клітини чутливіші до дії препарату, ніж нормальні. Цитокінетичні характеристики свідчать, що найчутливішою до дії цисплатину є 8-фа-
за, а за високих доз препарату — С2-фаза мітотичного циклу [19]. Сполуки платини ушкоджують пухлини внаслідок індукції апоптозу, який опосередково активується різними шляхами сигнальної трансдукції, — посилюється продукція АФК, накопичується цитохром с у цитозолі, відбувається деполяризація мітохондрій, транслокація Вах із цитозолю в мітохондрії, знижується екс-
пресія Bcl-2, розщеплюються каспази -7 і -9, конденсується хроматин і фрагментується ДНК.
Препарати на основі платини також спричинюють побічні ефекти в організмі, а саме нефро-, гепато-, кардіотоксичність, порушення ЦНС і органів чуття тощо [20].
Паклітаксель — алкалоїд рослинного походження, який одержують напівсинтетичним шляхом з рослини Taxus 0accata. Похідними цього препарату є таксол, абі-таксел, інтаксел, мітотакс, паклітакс та пак-сен. Таксани застосовують у лікуванні раку яєчників, молочної залози, легень, пухлин голови і шиї, саркоми Капоші. Механізм їхньої дії пов’язаний зі здатністю стимулювати «збирання» мікротрубочок з димерних молекул тубуліну, стабілізувати їх структуру і гальмувати динамічну реорганізацію в інтерфазі, що порушує мітотичну функцію клітини [21]. Унаслідок цього змінюється форма, пригнічується мітоз клітин, які активно діляться. Порушення рівноваги між мікротрубочками і тубуліном завдяки незво-ротній полімеризації трубочок є основним механізмом антинеопластичної дії таксанів. Вони негативно впливають на серцево-судинну, дихальну, кровотворну і травну системи організму.
Отже, механізм протипухлинної дії доксо-рубіцину і цисплатину полягає в їхній здатності інтеркалювати в ДНК та блокувати синтез нуклеїнових кислот або викликати зсув окисно-відновних реакцій у клітині, у результаті чого індукується апоптоз. Паклітаксель порушує мітотичну функцію клітини.
Важливим залишається пошук сполук, які б знижували побічну дію традиційних цитостатиків, цілеспрямовано транспортували їх у місце патологічного процесу, контролювали лікування на клітинному рівні (радіоактивні ізотопи, флуоресцентні мітки, органічні барвники), підвищували розчинність у біодоступній формі, захищали від деградації тощо. У цьому сенсі значний інтерес становлять вуглецеві наноструктури, зокрема фулерен С60.
Властивості фулерену С60 Молекулі С60 притаманні такі особливості:
1) нанорозмірність — діаметр молекули С60 становить ~0,7 нм;
2) особливість будови — молекула С60 майже сферичної форми, складається з 60 атомів вуглецю, які об’єднані у правильні гексагональні (20) і пентагональні (12) структури;
3) унікальні фізико-хімічні властивості — завдяки наявності на поверхні сис-
теми л-кон’югованих подвійних зв’язків між гекса- і пентагональними структурами молекула С60 зв’язує вільні радикали і виявляє антиоксидантні властивості [22-25], а за умов фотозбудження може продукувати АФК, тобто здатна виявляти прооксидантні властивості, що супроводжується загибеллю злоякісних клітин [26, 27];
4) гідрофобність — завдяки спорідненості поверхні фулерену С60 до ліпідного бішару плазматичної мембрани він проникає всередину клітини шляхом пасивної дифузії або ендоцитозу [28, 29]. З використанням моно-клональних антитіл, флуоресцентної мітки (FITC) та імунофлуоресцентної мікроскопії виявлено локалізацію молекул С60 у цитозо-лі та мітохондріях клітин нирок COS-7 мавп
[30]. За допомогою просвічувальної електронної мікроскопії (ПЕМ) встановлено локалізацію похідних фулерену С60 у субклітинних компартментах моноцитарних макрофагів
[31]. Підтверджено поглинання наночастинок фулерену С60 кератиноцитами НаСаТ [32]. Із застосуванням конфокальної мікроскопії зафіксовано внутрішньоклітинну фотолюмінесценцію фулерену С60, поглинутого клітинами молочної залози MCF10A [33];
5) токсичність — фулерен С60 та його водорозчинні похідні не спричинювали гострих та хронічних токсичних ефектів у системах in vitro й in vivo [23, 34]. Так, за внутрішньовенного введення фулерену С60 показник LD50 через 7 днів для мишей становив 0,7 г/кг, а для щурів — 2 г/кг [35].
Немодифікований фулерен С60 (10-6-10-5 М) не впливав на життєздатність нормальних клітин (тимоцитів щура), накопичення продуктів ПОЛ у гомогенатах печінки і мозку та стійкість еритроцитів до гемолізу [36].
Отже, молекула С60 — хімічно стабільна наноструктура, яка здатна взаємодіяти з біо-молекулами, завдяки гідрофобним властивостям проникати крізь плазматичні мембрани та локалізуватись усередині клітини, а за низьких (фізіологічних) концентрацій не виявляє токсичної дії щодо нормальних клітин.
Проте біологічні властивості фулерену С60 залежать від способу його модифікації, природи замісника, концентрації у біосере-довищі, умов введення в організм, тривалості інкубації, типу клітин тощо.
З метою посилення біологічної дії та підвищення біодоступності молекул С60 доцільним є створення їхніх водорозчинних похідних: іммобілізація фулерену С60 на хімічно інертних наночастинках діоксиду кремнію [37]; синтез комплексів фулерену С60 із полі-
мерами, зокрема нетоксичним детергентом полі-К-вінілпіролідоном (ПВП) [38], у-ци-клодекстринами (у-ЦД) [39] та органічними розчинниками — тетрагідрофураном [40] і диметилсульфоксидом [38]; хімічна модифікація або (полі)функціоналізація фуле-ренового кору через приєднання замісників різної природи (гідроксильних, карбоксильних, аміногруп) [41]; створення кон’югова-них комплексів фулерену С60 із цитостатиками [42, 43, 44].
Оскільки фулерени С60 здатні проникати всередину клітин різних типів і за певних умов спричинювати загибель таких пухлин, вони можуть бути використані як потенційні протипухлинні агенти.
Протипухлинні ефекти фулерену С60 та його похідних. Виявлено антиметастич-ний і антипухлинний ефекти водорозчинного фулерену С60 (загальна доза 7,5 мг/кг) in vivo, про що свідчило подовження тривалості життя тварин-пухлиноносіїв з перещепленою карциномою Льюїс (рак легень), зниження кількості метастазів у легенях, зменшення розміру пухлини тощо [45].
Фулерол С60(ОН)х виявляв протипухлинну активність за умов in vivo щодо гепато-карциноми H22 мишей, зокрема за умов внутрішньочеревного введення у концентрації
0,2 і 1 мг/кг щодня упродовж 17 діб розмір пухлини зменшувався на 32% і 38%, відповідно [46]. Окрім того, in vitro він стимулював активацію перитонеальних макрофагів, продукцію TNF-a, однак не спричинював гострої токсичності за концентрації 5 мг/кг.
Фулеренол С60(ОН)20 (0,08-0,4 мг/мл) виявляв протипухлинну і антиметастатич-ну активність щодо клітин ЕМТ-6 (метастатична модель раку молочної залози), про що свідчило зниження експресії факторів ангіо-генезу CD-31. Припускають, що інгібування росту пухлини і метастазів відбувається через пригнічення сигнальних шляхів за участю тирозинових кіназ [47].
Похідне фулерену [Gd@C82(OH)22] характеризувалося імуномодулювальною активністю in vivo й in vitro, унаслідок чого відбувалася стимуляція макрофагів і Т-клі-тин, вивільнення цитокінів IL-2, IL-4, IL-5, TNF -a і IFN-у, які сприяють інгібуванню росту пухлини in vivo [48].
Наночастинки фулерену C60 впливали на проліферацію клітин HeLa за АФК-індукова-ним механізмом і шляхом посилення автофа-гії, оскільки всередині клітини їх захоплювали автофагосоми [49].
Виявлено значну антиангіогенну активність фулеренів C60 щодо фактора росту
фібробластів або ендотеліального фактора росту судин на моделі мембрани алантоїну курча [50]. Авторами [51] встановлено, що похідні фулерену С60 за низьких концентрацій здатні регулювати одночасно більше
10 ангіогенних факторів на рівні мРНК, що й підтверджено на рівні протеїну. Крім того, автори [52] показали, що нановуглецеві частинки, одержані різними методами, пригнічували ангіогенез гліобластоми in ovo. Отже, наведені результати чітко вказують, що С60-фулеренвмісні матеріали є ефективними антиангіогенними інгібіторами, які можуть одночасно впливати на кілька чинників.
Механізм протипухлинної дії фулерену С60 до кінця ще не з’ясовано. Припускають, що він може бути реалізований на декількох рівнях, зокрема через вплив на елементи позаклітинного матриксу, структурно-функціональний стан плазматичної мембрани або проведення регуляторних сигналів чи інших внутрішньоклітинних медіаторів прогресії клітинного циклу. Особливістю протипухлинної дії фулерену С60 та його похідних є також їхня здатність до вибіркового накопичення та ушкодження трансформованих клітин.
Біорозподіл С60-вмісних сполук in vitro та in vivo. Досліджено біорозподіл водорозчинного кон’югату 125і-С60-ПЕГ (поліетилен-гліколь) в організмі мишей-пухлиноносіїв (підшкірно вводили клітини фібросаркоми MethA). Кон’югат (концентрація фулерену С60 становила 424 мкг/кг) вводили тваринам внутрішньовенно, коли розмір пухлини досягав 7 мм. Спостерігали рівномірне розподілення кон’югату в усіх органах: через 24 год після введення препарат накопичувався у печінці (6%), нирках (2%), легенях та серці (0,1%) і виводився кровотоком з організму поступово (78%), а через 144 год — повністю. Кон’югат С60-ПЕГ не виявляв спорідненості до нормальних тканин, однак більшою мірою накопичувався та довше утримувався у пухлині, ніж у нормальних тканинах [53].
Після внутрішньовенного введення по-лігідроксильованого похідного фулерену 125І-С60(ОН)х (10 мкг) у хвостову вену ми-шам-пухлиноносіям було встановлено, що через 24 год ця сполука накопичувалася переважно в пухлині порівняно з нормальною м’язовою тканиною (T/N), зокрема за гепато-карциноми мишей Н22 (3,41 Т/N), остеосар-коми людини OS732 (1,21 Т/N), карциноми легень людини PD (2,46 T/N), раку ободової кишки людини НСТ-8 (3,41 T/N) і раку шлунка людини MGC803 (6,26 T/N). Рівень
накопичення C60(OH)X у пухлинах залежав від її типу [54].
Автори [46] вважають, що доставлення наночастинок здійснюється головним чином мононуклеарною фагоцитарною системою печінки, селезінки, легень і кісткового мозку, а проникнення, утримання та накопичення фулеренів С60 у пухлині відбувається унаслідок фагоцитозу мононуклеарними фагоцитами.
З використанням лазерної сканувальної конфокальної мікроскопії та проточної цито-метрії досліджено розподіл водорозчинного малонодисериноламідного похідного фулерену С60 (C60-ser) і його локалізацію всередині пухлинних клітин печінки [55]. Для цього до похідного фулерену С60 було приєднано флуорофор — PromoFluor-633 (PF). Показано, що через 2 год кон’югат C60-ser-PF локалізувався в ядрах клітин Hep3B і Huh7, проникаючи через клітинні бар’єри — ядер-но-поровий комплекс. Припускають, що на-ночастинки проникають у клітину енергоза-лежним шляхом макропіно- та ендоцитозу.
Автори [55] також дослідили біорозподіл кон’югату фулерену С60 in vivo. Для цього мишам уводили в печінку клітини Hep3B, а через 4 тижні у хвостову вену — C60-ser-PF. Через 16 год наночастинки концентрувались у нирках, печінці, пухлині печінки і мозку. Імовірно, кон’юговані наночастинки C60-ser-PF асоціюються з протеїнами сироватки крові і долають гематоенцефалічний бар’єр (ГЕБ), уникаючи ретикулоендотеліальної системи, та проникають у тканини через змінену систему судин.
З метою вивчення біорозподілу та візу-алізації в організмі тварин наночастинок до кон’югату 59Fe-C60-nEr було приєднано гадоліній і одержано хелатний комплекс C60-nEr-Gd [56]. Через 1 год після внутрішньовенного введення 59Fe-C60-nEr-Gd ми-шам-пухлиноносіям з фібросаркомою людини Meth AR1 ця сполука накопичувалась у пухлині, а за умов фотозбудження досліджуваний кон’югат виявляв протипухлинний ефект, який залежав від дози і тривалості опромінення.
У групі тварин, яким попередньо вводили полігідроксильовані фулерени C60, порівняно з контрольною групою фіксували чітко сформовану межу між пухлиною (H22 гепатокарцинома миші) і сусідньою нормальною тканиною, зокрема відмежовування фібробластів, лімфоцитів і макрофагів, що інгібувало інфільтрацію пухлини до сусідньої нормальної скелетної м’язової тканини [46]. Спостерігали некроз пухлинної тканини.
Кон’югація фулеренів С60 з протипухлинними препаратами, наприклад доксорубіцином, цисплатиною, паклітак-селем тощо, може допомогти збалансувати побічні ефекти цих цитостатиків, а також сприяти цілеспрямованому доставленню їх шляхом вибіркового поглинання пухлинними клітинами. Розмір молекули фулерену С60 сприяє утриманню кон’югованого фармацевтичного препарату в організмі і, таким чином, може подовжити терапевтичну дію.
Протипухлинний ефект фулерену С60 у комплексі з хіміопрепаратами. Кон’югація фулерену С60 із традиційними лікарськими препаратами є перспективною стратегією для набуття ними специфічних властивостей, оскільки їхня біологічна дія істотно відрізняється від дії вільних молекул ліків за механізмом проникнення всередину клітини і біорозподілом.
Так, теоретично (у рамках модельних квантово-хімічних розрахунків) і експериментально (у межах вимірювання спектрів поглинання складних систем) [42] підтверджено можливість існування у водному розчині стабільного комплексу фулерену С60 із доксорубіцином. Згідно з одержаними результатами три молекули доксорубіцину здатні одночасно зв’язуватись із фулереном С60, утворюючи комплекс діаметром близько 1,38 нм (рисунок).
В експериментах in vitro продемонстровано, що комплекс фулерену С60 із доксору-біцином знижував токсичний ефект цитостатика на нормальні клітини (гепатоцити), тоді як загибель пухлинних клітин (асцитна карцинома Ерліха) зростала [57]. Спостерігали також підвищення функціональної активності лімфоцитів за присутності цього комплексу порівняно з уведенням цих сполук окремо.
Розрахована оптимальна структура комплексу фулерену С60 із доксорубіцином
Виявлено антипроліферативний ефект фулеролу С60, який мав дозо- (0,5-7,9 мкг/мл) та часозалежний характер (24, 48 і 72 год), а також його захисний ефект щодо цитотоксичної дії доксорубіцину [58]. Фулерол С60(ОН)22 інгібував ріст клітин ліній MCF-7, MDA-Mb-231 і T47D раку молочної залози людини (через 24 год після інкубації клітин у присутності фулеролу індекс ІС50 становив
1,9 мкг/мл). Доксорубіцин у межах концентрації 0,001-100 мкМ пригнічував ріст пухлинних клітин. Показник ІС50 для нього залежав від типу клітин і терміну інкубації та коливався від 0,07 до 5,5 мкМ. Захисну дію фулеролу (1,9 мкг/мл) досліджували за одночасного внесення з доксорубіцином (1 мкМ), а також за 1 год до і після введення препарату в суспензію клітин, унаслідок чого їх проліферація відновлювалася до значень за внесення лише фулеролу і контрольного розчину.
Доксорубіцин індукував окисне ушкодження, тоді як фулеренол запобігав цьому, виявляючи антиоксидантні властивості [59], а саме in vivo фулеренол C60(OH)24 (25, 50, 100 мг/кг) запобігав токсичній дії доксору-біцину (8 мг/кг). Показано, що за внутрішньочеревного введення фулеренолу тваринам з індукованим раком молочної залози та ко-лоректальним раком перед терапією доксо-рубіцином рівень активності антиоксидантних ензимів (супероксиддисмутази, каталази, глутатіонпероксидази, глутатіонтрансфера-зи, глутатіонредуктази) та лактатдегідрогенази у сироватці крові тварин відновлювався до контрольних значень, тимчасом як за дії доксорубіцину рівень їх знижувався. За умов in vitro виявлено захисний ефект фулеренолу (10 і 44 мкг/мл) як за попередньої преінкубації клітин гепатоцелюлярної карциноми людини (HepG2), так і за одночасного внесення з доксорубіцином (1 і 5 мкМ) через 12, 24, 48 і 96 год.
Фулеренол виявляв антипроліфератив-ні властивості і захисні ефекти від кардіо-токсичної дії доксорубіцину [60].
Протипухлинний препарат доксорубіцин характеризується поглинанням і флуоресценцією у видимій ділянці спектра, що дає змогу детектувати доксорубіцинвмісні кон’югати за допомогою оптичних методів. З використанням флуоресцентної мікроскопії досліджували розподіл кон’югату «фулерен С60-доксорубіцин» у клітинах раку молочної залози людини (MCF-7) [61]. Показано, що кон’югат через 1 год після інкубації
з клітинами MCF-7 локалізувався переважно в цитоплазмі (в ендосомах і лізосомах), а вільні молекули доксорубіцину — в ядрі клітини. Доцільно застосовувати цей
кон’югат для доставлення протипухлинного препарату і візуалізації його локалізації у пухлині з використанням флуоресцентних зондів.
З метою дослідження розподілу лікарських препаратів в організмі кон’югат «фулерен C^-доксорубіцин» вводили у м’язову тканину грудей ембріона курчати. Концентрація фулерену C60 становила б мг/мл, а доксору-біцину — 31, 63, 12б, 2б0 і б00 мкг/мл. Показано, що доксорубіцин здатен флуоресціювати за 6б49, а комплекс — б849 опт. од. Із застосуванням високоефективної рідинної хроматографії (HPLC) i електрохімічної детекції (HPLC-ED) встановлено, що через
4 год після введення в ембріон курчат цей кон’югат розподілявся у таких органах, як серце, мозок, печінка і кишечник [62].
Виявлено протипухлинну дію полігід-роксильованих фулеренів C60 (фулеренолів) у комбінованій дії з протипухлинними препаратами (доксорубіцин, цисплатина) і локалізацію кон’югату «наночастинки-препарат» усередині клітин пухлин [63]. Гідрофільна поверхня молекули C60 завдяки ОН-групі є доступною для модифікації препаратами.
^ксичні ефекти кон’югату «фулеренол-доксорубіцин» виявлено in vitro на клітинах B16-F10 меланоми і LLC1 карциноми легень мишей. Показник ГСб0 через 24 год після внесення кон’югату до суспензії пухлинних клітин становив 12 і 10 мкМ, відповідно. Його цитотоксична дія посилювалась із часом. Для клітин MDA-MB-231 раку молочної залози людини індекс ГСб0 становив 8 мкМ через Т2 год після внесення кон’югату. З використанням флуоресцентної мітки (FITC), яку було введено до складу фулере-нолу, досліджено поглинання наночастинок клітинами пухлин. Показано, що через 2 год після інкубації кон’югат «фулеренол-доксорубіцин» локалізувався у лізосомаль-них компартментах клітин B16-F10 і через 24 год — у клітинах MDA-MB-231. Через 24 год кон’югат пригнічував проліферацію клітин B16-F10 унаслідок блокування клітинного циклу у фазі G2-M шляхом апоптозу.
За умов in vivo кон’югат фулеренол-доксорубіцин (вводили у хвостову вену по
6 мг/кг в еквіваленті доксорубіцину тричі на 9-, 12- і 1б-ту добу після підшкірного перещеплення пухлинних клітин) істотно пригнічував ріст меланоми B16/B10 у ми-шей-пухлиноносіїв через 16 діб після перещеплення пухлини.
Кон’югат «фулеренол-цисплатина» виявляв антипроліферативний ефект порівня-
но з дією цисплатини, зокрема виживаність клітин LLC1 через 48 год після внесення цього кон’югату була нижчою, ніж за введення одного препарату.
Ковалентно зв’язаний кон’югат фулерену (метано-С60) (0,32 мМ) з доксорубіцином (25 мкг/мл) за умов in vitro справляв анти-неопластичну дію щодо клітин раку молочної залози людини — кількість житєздатних клітин MCF-7 через 24 год знижувалася порівняно з дією доксорубіцину [43].
Паклітаксель є одним з найперспектив-ніших хіміопрепаратів щодо раку легень. Наявність вільних гідроксильних груп у молекулі (найбільш реактивними є ОН-гру-пи в положеннях 1 і 7) дає змогу вводити до його складу сполуки, які здатні посилювати протипухлинну дію. Синтезований кон’югат «фулерен С60-паклітаксель» виявляв протипухлинну активність стосовно клітин епітеліальної карциноми легень людини А549 [44]. Запропоновано використовувати цей кон’югат для лікування раку легень шляхом аерозольного введення.
Досліджено цитотоксичні властивості й локалізацію всередині клітин фулерену С60 з інкапсульованим гідрофобним паклітаксе-лем [64]. Із цією метою до складу наноносія було введено флуоресцентну мітку 1,1'-діок-тадецил-3,3,3' ,3'-тетраметиліндокарбоціанін перхлорат (Dil). Використовуючи флуоресцентну мікроскопію, встановили, що in vitro через 18 год цей кон’югат локалізувався у цитоплазмі макрофагів мишей і проникав всередину клітини шляхом ендоцитозу. Окрім того, наносій з іншою флуоресцентною міткою (6-амінофлуорисцеїн) через 18 год локалізувався у ліпідних ділянках мембран клітин А431 епідермоїдної карциноми людини. Цитотоксичної дії вільного фулерену С60 на клітини MCF-7 молочної залози виявлено не було, водночас кон’югат «фулерен С60-паклі-таксель» пригнічував пухлинний ріст. Автори пропонують використовувати такі наномате-ріали для доставлення гідрофобних молекул.
З метою цілеспрямованого доставлення ліків, зокрема паклітакселю, до онкоклітин було синтезовано водорозчинний хіміотерапевтичний фулерен С60-вмісний кон’югат [65]. Досліди проводили in vitro на культурі клітин меланоми А375М, раку сечового міхура T-24 і гепатоцелюлярної карциноми Hep3B. Порівняно з дією вільного паклітак-селю паклітаксель-2'-сукцинат-фулерен C60 виявляв меншу цитоксичність, тимчасом як ПЕГ-вмісне похідне фулерену С60 — значну. За допомогою аналізу ELISA встановлено, що імунокон’югат Gd@C60(OH)х-mAb специ-
фічно зв’язується з антитілами (мас-спектро-метрія ICP-MS) і вибірково накопичується у клітинах-мішенях. На моделі мишей іп vivo показано, що за введення похідного па-клітаксель-ПЕГ-фулерену C60 розмір пухлини зменшувався порівняно з дією препарату Abraxane®. Виявлений ефект не був пов’язаний із втратою тваринами маси. У роботі також продемонстровано значний цитотоксичний ефект і протипухлинну дію кон’югату «фулерен С60-паклітаксель».
Механізм протипухлинної дії фулерену С60 у комбінованому застосуванні з цитостатиками можна пояснити антиоксидантною властивістю молекули С60, що сприяє зниженню побічної дії традиційних хіміопрепаратів в організмі та здатністю цілеспрямовано транспортувати їх у клітини-мішені.
У таблиці наведено основні фізико-хіміч-ні характеристики і біологічні ефекти фуле-рену С60 та його похідних.
Отже, унікальна структура фулерену С60 дає змогу модифікувати його поверхню протипухлинними препаратами. За комбінованої дії кон’югату «фулерен С60-препарат» спостерігається посилення протипухлинних ефектів як in vitro, так й in vivo, зокрема зниження кількості життєздатних клітин пухлини, зменшення її розміру тощо. Окрім того, виявлено захисні ефекти фулерену С60 та його похідних від токсичної дії препарату. Збільшення розміру кон’югату дозволяє йому довше утримуватись у клітині й подовжувати тривалість дії препарату. Здатність молекул С60 до вибіркового накопичення уможливлює використання їх для таргент-ного доставлення ліків.
Фізико-хімічні характеристики і біологічні ефекти фулерену С60 та його похідних
Сполука (розмір наночастинки) Об’єкт досліджень Біологічні ефекти Концентрація фулерену С6о Умови досліду Умови введення Дже- рело
Сбо Карцинома Льюїс Антиметастатичний, антипухлинний 7,5 мг/мл іп vivo Внутрішньо-м’язове у кінцівку [45]
С60 Клітини МСЕ-7 Цитотоксичність 10-5 М іп vitro [66]
Сбо(ОН)х Гепато-карцинома Н22 мишей Протипухлинна активність 0,2, 1 мг/мл In vivo Внутрішньо- черевне [46]
Перитонеальні макрофаги Продукування ТМЕ-а, захист імунної системи 15, 30, 60 мкг/мл In vitro [46]
Сбо(ОН)2о Клітини ЕМТ-6 (метастатична модель раку молочної залози Протипухлинна і антиметастатична активність 0,08-0,4 мг/мл In vitro [47]
[Gd@ C82(OH)22] Т-, В-лімфоцити, перитонеальні макрофаги Імуномодулювальна активність, підвищення рівня протизапальних цитокінів (ІЬ-2, 4, 5, 6, ТОТ-а) 100 мкМ In vitro [48]
Карцинома Льюїс Протипухлинна активність 0,5 мкМ/кг In vivo Внутрішньо- черевне [48]
C60 Клітини ИеЬа Зниження проліферації, посилення авто-фагії In vitro [49]
C60-nEr-Gd Фібросаркома людини Ме^Ш АШ За умови фотозбу-дження протипухлинний ефект 100 мкМ/кг In vivo Внутрішньо- венне [56]
Комплекс С60 з Dox Гепатоцити, клітини асцитної карциноми Ерліха (рак молочної залози) Зниження токсичного ефекту цитостатика 0,15, 1,5 мг In vitro [57]
Продовження таблиці
Сбо(ОН)22 клітини МСЕ-7, МБА-МБ-231, Т47Б раку молочної залози людини Антипроліфера-тивний ефект, захисний ефект щодо цитотоксичної дії доксорубіцину 0,5-7,9 мкг/мл (ІС50 1,9 мкг/мл) Іn vitro [58]
C60(OH)24 комбіновано з доксорубіци-ном Рак молочної залози, колоректальний рак Захисний ефект щодо токсичної дії доксору-біцину (25, 50, 100 мг/кг) Іn vivo Внутрішньо- черевне [59]
Клітини гепатоцелю-лярної карциноми людини (НерС2) Захисний ефект щодо цитотоксичної дії доксорубіцину 10, 44 мкг/мл Іn vitro [59]
Фулеренол Гомогенат серця, еритроцити, лейкоцити Антипроліферативні властивості, захисні ефекти від кардіо-токсичної дії доксору-біцину 50, 100 мг/кг Іn vivo Внутрішньо- черевне [60]
Кон’югат фулеренол- доксорубіцин Клітини Б16-Е10 меланоми, клітини ЬЬС1 карциноми легень мишей, клітини МБА-МБ-231 раку молочної залози людини Цитотоксична дія, пригнічення проліферації клітин Б16-Е10 внаслідок блокування клітинного циклу у фазі С2-М шляхом апоптозу, протипухлинна активність ІС50 12 і 10 мкМ, 8 мкМ Іn vitro [63]
Кон’югат фулеренол-цисплатин (10-100 нм) Клітини ЬЬС1 Антипроліфера-тивний ефект щодо пухлинних клітин Іn vitro [63]
Кон’югат (метано-С60)- доксорубіцин Клітини МСЕ-7 раку молочної залози людини Антинеопластичний ефект 0,128 мМ, 0,83 мМ 0,32 мМ Іn vitro [43]
Кон’югат фулерен С60-паклітаксель (120-145 нм) Клітини епітеліальної карциноми легень людини А549 Протипухлинна активність 410 нМ Іn vitro [44]
Кон’югат фулерен Сб0-паклітаксель (128 нм) Клітини МСЕ-7 молочної залози Зниження життєздатності пухлинних клітин 0,48 мМ Іn vitro [64]
Кон’югат фулерен Сб0-паклітаксель (130 нм) Клітини меланоми А375М, раку сечового міхура Т-24, гепатоце-люлярної карциноми НерЗБ Цитотоксичний ефект ІС50 40 нМ ІС50 70 нМ Іn vitro [65]
Кон’югат Gd@nEr- фулерен Сб0 Клітини меланоми А375М, раку сечового міхура Т-24, гепатоце-люлярної карциноми Нер3Б Цитотоксичний ефект 6,67 нМ (ІС50 44,8 нг/мл, 13320 нг/мл) Іn vitro [65]
Кон’югат пак-літаксель-фулерен C60 (245 нм) Модель гепато-целюлярної карциноми Нер3Б мишей Зменшення розміру пухлини 78 мкг/кг упродовж 5 днів Іn vivo Внутрішньо- черевне [65]
REFERENCES
1. Severin E. S., Rodina A. V. Problems and prospects of modern anticancer therapy. Uspekhi Biologicheskoiy Khimii. 2006, V. 46, P. 43-64. (In Russian).
2. Deavall D. G., Martin E. A., Horner J. M., Roberts R. Drug-induced oxidative stress and toxicity. J. Toxicol. 2012, 13. ID 645460, http://dx.doi.org/10.1155/2012/645460.
3. De Vita V. T, Hellman S., Rosenberg S. A. Principles and practice of oncology. 6th ed. Philadelphia: Lippincott Williams and Wilkins. 2001, P. 1126-1161.
4. Thorna C. F., Oshiroa C., Marshe S., Hernan-dez-Boussard T., McLeod H., Kleina T. E., Russ B. Altmana doxorubicin pathways: pharmacodynamics and adverse effects. Phar-macogenet. Genomics. 2011, 21 (7), 440-446.
5. Kizek R., Adam V., Hrabeta J., Eckschlager T., Smutny S., Burda J. V., Frei E., Stiborova M. Anthracyclines and ellipticines as DNA-damaging anticancer drugs: Recent advances. Pharmacol. Therap. 2012, V. 133, P. 26-39.
6. Minotti G., Menna P., Salvatorelli E., Cairo G., Gianni L. Anthracyclines: molecular advances and pharmacologic developments in antitumor activity and cardiotoxicity. Pharmacol. Rev. 2004, V. 56, P. 185-229.
7. Yagmurca M., Bas O., Mollaoglu H., Sahin O., Nacar A., Karaman O., Songur A. Protective effects of erdosteine on doxorubicin induced hepatotoxicity in rats. Arch. Med. Res. 2007, V. 38, P. 380-385.
8. Pedrycz A., Wieczorski M., Czerny K. Increased apoptosis in the adult rat liver after a single dose of adriamycin administration. Ann. UMCS. Sect. 2004, V. 59, P. 313-318.
9. Hahn H., Park Y. S., Ha I. S., Cheong H. I., Choi Y. Age-related differences in adriamycin-induced nephropathy. Pediatr. Nephrol. 2004, V. 19, P. 761-766.
10. Liu L. L., Li Q. X., Xia L., Li J., Shao L. Differential effects of dihydropyridine calcium antagonists on doxorubicin-induced nephrotoxicity in rats. Toxicology. 2007, V. 231. P. 81-90.
11. Meadors M., Floyd J., Perry M. C. Pulmonary toxicity of chemotherapy. Semin. Oncol. 2006, V. 33, P. 98-105.
12. Tsai S. F., Yang C., Liu B. L., Hwang J. S., Ho S. P. Role of oxidative stress in angio-tensine-induced pulmonary toxicity. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2006, V. 216, P. 347-353.
13. Reinhold S. W., Reichle A., Leiminger S., Bergler T., Hoffmann U., Krüger B., Banas B., Krämer B. K. Renal function during rofecoxib therapy in patients with metastatic cancer: retrospective analysis of a prospective phase
II trial. Renal function during rofecoxib therapy in patients with metastatic cancer:
retrospective analysis of a prospective phase
II trial. BMC Res. Notes. 2011, V. 4, P. 2-24.
14. Francescato H. D., Marin E. C., de Queiroz Cunha F., Costa R. S., da Silva C. G., Coimbra T. M. Role of endogenous hydrogen sulfide on renal damage induced by adriamycin injection. Arch. Toxicol. 2011, V. 85, P.1597-1606.
15. Minotti G. NADPH- and adriamycin-dependent microsomal release of iron and lipid peroxidation. Arch. Biochem. Biophys. 1990, V.277, P.268-276.
16. Matyash M. G., Kravchuk T. L., Vysotskaya V. V., Chernov V. I., Goldberg V. E. Ant hr acycline-induced cardiotoxicity: mechanisms of development and clinical manifestations. Sib. Oncol. Zh. 2008, 6 (30), 66-75. (In Russian).
17. Chaiswing L., Cole M. P., St Clair D. K., Ittarat W., Szweda L. I., Oberley T. D. Oxidative damage precedes nitrative damage in adriamycin-induced cardiac mitochondrial injury. Toxicol. Pathol. 2004, 32 (5), 536-547.
18. Ewer M. S., Benjamin R. S. Cardiotoxicity of chemotherapeutic drugs. In M. C. Perry, ed. The Chemotherapy source book. 1997, P. 649-663.
19. Cepeda V., Fuertes M. A., Castilla J., Alonso C., Quevedo C., Pérez J. M. Biochemical mechanisms of cisplatin cytotoxicity. AntiCancer Agents in Medicinal Chemistry. 2007, V. 7, P. 3-18.
20. Florea A.-M., Busselberg D. Cisplatin as an anti-tumor drug: cellular mechanisms of activity, drug resistance and induced side effects. Cancers. 2011, V. 3, P. 1351-1371. doi:10.3390/cancers3011351.
21. Priyadarshini K., Keerthi Aparajitha U. Paclitaxel against cancer: A short review. Med. Chem. 2012, 2 (7), http://dx.doi. org/10.4172/2161-0444.1000130.
22. Gharbi N., Pressac M., Hadchouel M., Szwarc H., Wilson S., Moussa F. [60] Fullerene is a powerful antioxidant in vivo with no acute or subacute toxicity. Nano Lett. 2005, V. 5, P. 2578-2585.
23. Kolosnjaj J., Szwarc H., Moussa F. Toxicity studies of fullerenes and derivatives. Adv. Exp. Med. Biol. 2007, V. 620, P. 168-180.
24. Prylutska S. V., Grynyuk I. I., Matyshevs-ka O. P., Prylutskyy Y. I., Ritter U., Scharff P. Anti-oxidant properties of C60 fullerenes in vitro. Fullerenes, Nanotubes, and Carbon Nanostruct. 2008, V. 5-6, P. 698-705.
25. Johnston H. J., Hutchison G. R., Christensen F. M., Aschberger K., Stone V. The biological mechanisms and physicochemical characteristics responsible for driving fullerene toxicity. Toxicol. Sci. 2010, V. 114, P. 162-182.
26. Scharff P., Ritter U., Matyshevska O. P., Prylutska S. V., Grynyuk I. I., Golub A. A.,
Prylutskyy Yu. I., Burlaka A. P. Therapeutic reactive oxygen generation. Tumori. 2008, 94 (2), 278-283.
27. Prylutska S. V., Grynyuk 1.1., Palyvoda K. O., Matyshevska O. P. Photoinduced cytotoxic effect of fullerenes C60 on transformed T-lymphocytes. Exp. Oncol. 2010, 32 (1), 29-32.
28. Wong-Ekkabut J., Baoukina S., Triampo W., Tang I-M, Tieleman P. D., Monticelli L. Computer simulation study of fullerene translocation through lipid. Nat. Nano. 2008, 3 (6), 363-368.
29. Prylutska S., Bilyy R., Overchuk M., Bychko A., Andreichenko K., Stoika R., Rybalchenko V., Prylutskyy Yu., Tsierkezos N. G., Ritter U. Water-soluble pristine fullerenes C60 ncrease the specific conductivity and capacity of lipid model membrane and form the channels in cellular plasma membrane. J. Biomed. Nanotechnol. 2012, 8 (3), 522-527.
30. Foley S., Crowley C., Smaihi M. Bonfils C, Erlanger B. F., Seta P., Larroque C. Cellular localisation of a water-soluble fullerene derivative. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2002, V.294, P.116-119.
31. Porter A. E., Muller K., Skepper J., Midgley P., Welland M. Uptake of C60 by human monocyte macrophages, its localization and implications for toxicity: Studied by high resolution electron microscopy and electron tomography. Acta Biomater. 2006, 2 (4), 409-419.
32. Horie M., Nishio K., Kato H. Shinohara N., Nakamura A., Fujita K., Kinugasa S., Endoh S., Yamamoto K., Yamamoto O., Niki E., Yoshida Y., Iwahashi H. In vitro evaluation of cellular responses induced by stable fullerene C60 medium dispersion. J. Biochem. 2010, V. 148, P. 289-298.
33. Levi N., Hantgan R. R., Lively M. O., Carroll D. L., Prasad G. L. C60-fullerenes: detection of intracellular photoluminescence and lack of cytotoxic effects. J. Nanobiotechnol. 2006, V. 4, P. 14-25.
34. Aschberger K., Johnston H. J., Stone V., Ait-ken R. J., Tran C. L., Hankin S. M., Peters S. A., Christensen F. M. Review of fullerene toxicity and exposure appraisal of a human health risk assessment, based on open literature. Regul. Toxicol. Pharmacol. 2010, V. 58, P. 455-457.
35. Yamago S., Tokuyama H., Nakamura E., Kikuchi K., Kananishi S., Sueki K., Nakaha-ra H., Enemoto S., Ambe F. In vivo biological behavior of a water-miscible fullerene: labeling, absorbtion, distribution, excretion and acute toxicity. Chem. Biol. 1995, V. 2, P. 385-389.
36. Prylutska S. V., Matyshevska O. P., Golub A. A, Prylutskyy Yu. I., Potebnya G. P., Ritter U., Scharff P. Study of С60 fullerenes and
C60-containing composites cytotoxicity in vitro. Mater. Sci. Engineer. C. 2007, V. 27, P.1121-1124.
37. Golub A., Matyshevska O., Prylutska S., Sysoyev V., Ped L., Kudrenko V., Radchenko E., Prylutskyy Yu., Scharff P., Braun T. Fullerenes immobilized at silica surface: topology, structure and bioactivity. J. Mol. Liq. 2003, 105 (2-3), 141-147.
38. Ruoff R.S., TseD.S.,MalhotraM.,LorentsD.C. Solubility of fullerene C60 in a variety of solvents. J. Phys. Chem. 1993, V. 97, P.3379-3383.
39. Anderson T., Westman G., Wennerstrom O., Sundahl M. NMR and UV-VIS investigation of water-soluble fullerene-C60-g cyclodextrin. J. Chem. Soc. Perkin Trans. ІІ. 1994, V. 5, P. 1097-1101.
40. Trpkovic A., Todorovic-Markovic B., Kleut D., Misirkic M., Janjetovic K., Vucicevic L., Pantovic A., Jovanovic S., Dramicanin M., Markovic Z., Trajkovic V. Oxidative stress-mediated hemolytic activity of solvent exchange-prepared fullerene (C60) nanoparticles. Nanotechnology. 2010, 21 (37), 37-45.
41. Troshin P. A., Lyubovskaya R. N. Organic chemistry of fullerenes: the major reactions, types of fullerene derivatives and prospects for practical use. Russ. Chem. Rev. 2008, 77 (4), 323-348.
42. Evstigneev M. P., Buchelnikov A. S., Voronin D. P., Rubin Yu. V., Belous L. F., Prylutskyy Yu. I., Ritter U. Complexation of C60 fullerene with aromatic drugs. Chem. Phys. Chem. 2013, 14 (3), 568-578.
43. Lu F., Haque S. A., Yang S. T., Luo P. G., Gu L., Kitaygorodskiy A., Li H., Lacher S., Sun Y.-P. Aqueous compatible fullerene-doxorubicin conjugates. J. Phys. Chem. C. 2009, 113 (41), 17768-17773.
44. Zakharian T. Y., Seryshev A., Sitharaman B., Gilbert B. E., Knight V., Wilson L. J. A Fullerene-paclitaxel chemotherapeutic: Synthesis, characterization, and study of biological activity in tissue culture. J. Am. Chem. Soc. 2005, V. 127, P. 12508-12509.
45. Prylutska S. V., Burlaka A. P., Klymenko P. P., Grynyuk 1.1., Prylutskyy Yu. I., Schuetze Ch., Ritter U. Using water-soluble C60 fullerenes in anticancer therapy. Cancer Nanotechnol. 2011, V. 2, P. 105-110.
46. Zhu J., Ji Z., Wang J., Sun R., Zhang X., Gao Y., Sun H., Liu Y., Wang Z., Li A., Ma J., Wang T., Jia G., Gu Y. Tumor-inhibitory effect and immunomodulatory activity of fullerol C60(OH)x. Small. 2008, V. 4, P. 1168-1175.
47. Jiao F., Liu Y., Qu Y., Li W., Zhou G., Ge C., Li Y., Sun B., Chen C. Studies on anti-tumor and antimetastatic activities of fullerenol in
a mouse breast cancer model. Carbon. 2010, V. 48, P.2231-2243.
48. Liu Y., Jiao F., Qiu Y., Li W., Lao F., Zhou G.Q. The effect of Gd@C82(OH)22 nanoparticles on the release of Th1/Th2 cytokines and induction of TNF-a mediated cellular immunity. Biomaterials. 2009, V. 30, P. 3934-3945.
49. Wei P., Zhang L., Lu Y., Man N., Wen L. C60(Nd) nanoparticles enhance chemotherapeutic susceptibility of cancer cells by modulation of autophagy. Nanotechnology. 2010, V. 21, P. 495-501.
50. Murugesan S., Mousa S. A., O’Connor L. J., Lincoln D. W., Linhardt R. J. Carbon inhibits vascular endothelial growth factor-and fibroblast growth factor-promoted angiogenesis. FEBS Lett. 2007, V. 581, P. 1157-1160.
51. Meng H., Xing G., Sun B., Zhao F., Lei H., Li W., Song Y., Chen Z., Yuan H., Wang X., Long J., Chen C., Liang X., Zhang N., Chai Z., Zhao Y. Potent angiogenesis inhibition by the particulate form of fullerene derivatives. ASCNano. 2010, V. 4, P. 2773-2783.
52. Grodzik M., Sawosz E., Wierzbicki M., Orlowski P., HotowyA., Niemiec T., Szmidt M., Mitura K., Chwalibog A. Nanoparticles of carbon allotropes inhibit glioblastoma multiforme angiogenesis in ovo. Int. J. Nanomed. 2011, V. 6, P. 3041-3048.
53. Tabata Y., Murakami Y., Ikada Y. Photodynamic effect of polyethylene glycol-modified fullerene on tumor. Jpn. J. Cancer Res. 1997, 88 (11), 108-1116.
54. Ji Z. Q., Sun H., Wang H., Xie Q., Liu Y., Wang Z. Biodistribution and tumor uptake of C60(OH)x in mice. J. Nanopart. Res. 2006, V. 8, P. 53-63.
55. Raoof M., Mackeyev Yu., Cheney M. A., Wilson L. J., Curley S. A. Internalization of C60 fullerenes into cancer cells with accumulation in the nucleus via the nuclear pore complex. Biomaterials. 2012, 33 (10), 2952-2960.
56. Liu J., Ohta S., Sonoda A., Yamada M., Yamamoto M., Nitta N., Murata K. Preparation of PEG-conjugated fullerene containing Gd3+ ions for photodynamic therapy. J. Contr. Release. 2007, 117 (1), 104-110.
57. Prylutska S. V., Didenko G. V., Kichmaren-ko Yu. M., Kruts O. O., Potebnya G. P., Cherepanov V. V., Prylutskyy Yu. I. Effect of C60 fullerene, doxorubicin and their complex on tumor and normal cells of BALB/c mice. Biotechnologia Acta. 2014, 7 (1), 60-65. (In Ukrainian).
58. Bogdanovic G., Kojic V., Podevic A., Cana-danovic-Brunet J., Vojinovic-Miloradov M., Baltic V. Modulating activity of fullerol C60(OH)22 on doxorubicin-induced cytotoxicity. Toxicology in Vitro. 2004, V. 18, P.629-637.
59. Injac R., Perse M., Boskovic M., Djordjevic-Milic V., Djordjevic A., Hvala A., Cerar A., Strukelj B. Cardioprotective effects of fullerenol C60(OH)24 on a single dose doxorubicin-induced cardiotoxicity in rats with malignant neoplasm. Technol. Cancer Res. Treat. 2008, 7 (1), 15-25.
60. Torres V. M., Srdjenovic B., Jacevic V., Simic V. D., Djordjevic A., Simplicio A. L. Fullerenol C60(OH)24 prevents doxorubicin-induced acute cardiotoxicity in rats. Pharmacol. Rep. 2010, 62 (4), 7o7-718.
61. Liu J. H., Cao L., Luo P. G., Yang S. T., Lu F., Wang H., Meziani M. J., Haque S. A., Liu Y., Lacher S., Sun Y. P. Fullerene-conjugated doxorubicin in cells. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2010, 2 (5), 1384-1389.
62. Blazkova I., Nguyen H. V., Kominkova M., Konecna R., Chudobova D., Krejcova L., Kopel P., Hynek D., Zitka O., Beklova M., Adam V., Kizek R. Fullerene as a transporter for doxorubicin investigated by analytical methods and in vivo imaging. Electrophoresis. 2014, 35 (7), 1040-1049.
63. Chaudhuri P., Paraskar A., Soni S., Mashel-kar R. A., Sengupta S. Fullerenol cytotoxic conjugates for cancer chemotherapy. ASC Nano. 2009, 3 (9), 2505-2514.
64. Partha R., Mitchell L. R., Lyon J. L., Joshi P. P., Conyers J. L. Buckysomes: Fullerene-based nanocarriers for hydrophobic molecule delivery. ASC Nano. 2008, V. 2, P. 1950-1958.
65. Berger Ch. S. Toward fullerene immunotherapy with water-soluble paclitaxel-fullerene conjugates. Doctoral Thesis, Rice University (Houston, Texas). 2013, P. 109, http://hdl.handle.net/1911/71131.
66. Grynyuk I. I., Perepelytsina O. M., Pryluts-ka S. V., Garmanchuk L. V., Hranovska N. N., Matyshevska O. P., Sidorenko M. V. Influence of fullerenes C60 on the survivability of breast cancer cell line MCF-7 during long term incubation. Biotechnologiya. 2010, 3 (4), 75-79. (In Ukrainian).
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ ФУЛЛЕРЕНА С60 С ПРОТИВООПУХОЛЕВЫМИ ПРЕПАРАТАМИ В ХИМИОТЕРАПИИ
С. В. Прилуцкая
Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Украина
E-mail: [email protected]
Обобщены данные литературы и результаты собственных исследований противоопухолевого действия in vitro и in vivo фуллерена С60 и его производных, цитостатиков, а также конъюгированных комплексов на их основе, которые дают возможность применять его в комбинированной химиотерапии для повышения эффективности лечения злокачественных новообразований.
Механизм противоопухолевого действия фуллерена С60 в комбинированном применении с цитостатиками базируется на антиоксидант-ных свойствах его молекулы, что способствует снижению побочного токсического действия традиционных препаратов в организме, и способности целенаправленно транспортировать их в клетки-мишени. Уникальная структура фуллерена С60 позволяет модифицировать его поверхность химиотерапевтическими препаратами. При комбинированном действии конъюгата «фуллерен С60-химиопрепарат» наблюдается усиление противоопухолевых эффектов как в условиях in vitro, так и in vivo, в частности снижение количества жизнеспособных опухолевых клеток, уменьшение размера опухоли и т. д. Кроме того, обнаружены защитные эффекты фуллерена С60 и его производных относительно токсического действия химиопрепаратов в организме. Увеличение размера конъюгата дает ему возможность дольше удерживаться в клетке и увеличивать длительность действия препарата. Способность молекул фуллерена С60 к избирательному накоплению позволяет использовать его для таргентной доставки лекарств.
Ключевые слова: фуллерен С60, доксоруби-цин, цисплатин, паклитаксель, трансформированные клетки, комбинированная химиотерапия.
USING OF C60 FULLERENE COMPLEXES WITH ANTITUMOR DRUGS IN CHEMOTHERAPY
S. V. Prylutska
Taras Shevchenko National University of Kyiv, Ukraine
E-mail: [email protected]
The literature data and own research results concerning antitumor effect in vitro and in vivo of C60 fullerene and its derivatives, cytostatics, and conjugated systems on their basis, which enable the practical application of C60 in combined chemotherapy for treatment efficacy improving of malignant tumors are generalized.
The mechanism of antitumor action of C60 fullerene in combined treatment with cytostatics is based on antioxidant properties of its molecule, thereby reducing toxic side effects of traditional drugs in a body and ability to their transport purposefully into the target cells. The unique structure of C60 enables to modify its surface with chemotherapeutic drugs. Under combined action of the «fullerene C60-chemotherapy drug» conjugate the anti-tumor effects enhancement is observed both in vitro and in vivo, namely quantity reduction of viable tumor cells, tumor reduction etc. Furthermore, protective effects of fullerene C60 and derivatives relatively toxic effects of chemotherapeutic agents in a body were observed. Conjugate auxesis empowers it to be kept longer in a cell and prolong the duration of drug action. Ability of fullerene C60 to selective accumulation provides its using for target drug delivery.
Key words: C60 fullerene, doxorubicin, cisplatin, paclitaxel, transformed cells, combination chemotherapy.
