CC BY
84
Оригинальные статьи
75
цитотоксическая активность комплексов иодидов цинка и кадмия с антипирином, кофеином и фенантролином
и.С. Голубева1, А.Е. Бармашов1, А.А. рудакова1, м.А. Барышникова1, Н.С. рукк2, А.Ю. Скрябина2, Г.Н. Апрышко1
1ФГБУ«НМИЦонкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России; Россия, 115478 Москва, Каширское шоссе, 24; 2ФГБОУ ВО «Московский технологический университет»; Россия, 119571 Москва, проспект Вернадского, 86
Контакты: Александр Евгеньевич Бармашов alba0686@gmail.com
Цель работы — исследование цитотоксической активности in vitro комплексов иодидов цинка и кадмия с органическими лигандами — антипирином (AP), кофеином (caf) и 1,10-фенантролином (phen) — в сравнении с исходными соединениями: незакомплексованными лигандами, а также иодидами цинка (II) и кадмия (II).
Материалы и методы. Изучена цитотоксичность комплексов иодидов цинка и кадмия с органическими лигандами АР, caf и phen в МТТ-тесте на 5 линиях клеток опухолей человека в сравнении с исходными соединениями: иодидами цинка и кадмия, АР, caf и phen.
Результаты. Все 3 комплекса кадмия оказывали цитотоксическое действие на клетки всех 5линий с концентрацией инги-бированияроста 50 % клеток 5,5—84,0мкМ. Активность наиболее цитотоксичного дииодо(1,10-фенантролин)кадмия несколько превышала активность лиганда. Один комплекс цинка — дииодо(1,10-фенантролин)цинк — оказывал цитотоксическое действие на клетки 3 линий. Наиболее чувствительными к изученным соединениям были клетки лейкоза Jurkat. Заключение. Предполагается, что комплексы кадмия и цинка с органическими лигандами перспективны в качестве потенциальных противоопухолевых препаратов для исследований in vitro и in vivo.
Ключевые слова: кадмий, цинк, антипирин, кофеин, цитотоксичность
DOI: 10.17650/1726-9784-2017-16-3-75-78
СYTOTOXIaTY OF ZINC (II) AND CADMIuM (II) IODIDE COMPLExES wITH ANTIPYRINE, CAFFEINE
AND PHENANTROLINE
I.S. Golubeva1, A.E. Barmashov1, A.A. Rudakova1, М.А. Baryshnikova1, N.S. Rukk2, A. Yu. Skryabina2, G.N. Apryshko1
'N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center, Ministry of Health of Russia; 24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478, Russia;
2Moscow Technological University; 86 Vernadskogo Prospect, Moscow 119571, Russia
Objective: to study the cytotoxic activity of the zinc (II) and cadmium (II) iodide complexes with antipyrine (AP), caffeine (caf) and 1,10-phenantroline (phen) in comparison with that of free ligands, zinc (II) and cadmium (II) iodides in vitro.
Materials and methods. The cytotoxic activity of the zinc (II) and cadmium (II) iodide complexes with AP, caf and phen in comparison with that of free ligands, zinc (II) and cadmium (II) iodides was investigated by methylthiazole tetrazolium assay using 5human tumor cell lines. Results. It has been found that all 3 cadmium complexes demonstrate cytotoxic activity towards all 5 cell lines with concentration of inhibition of 50 % cell growth 5.5—84.0 mkM. Cytotoxicity of the most active diiodo(1,10-phenantroline)cadmium was slightly above than that of the respective ligand. One zinc-containing complex (diiodo(1,10-phenantroline)zinc) demonstrated significant activity towards 3 cell lines. The Jurkat cells were the most sensitive to studied compounds.
Conclusion. It seems that zinc (II) and cadmium (II) iodide complexes with organic ligands are promising ones as potential antitumor drugs for further investigations both in vitro and in vivo.
Key words: cadmium, zinc, antipyrine, caffeine, cytotoxicity
Введение
Один из интенсивно изучающихся в качестве потенциальных противоопухолевых лекарств химических классов — комплексные соединения металлов. Кроме проявляющих нейро-, гепато-и нефротоксичность производных платины
исследуется значительное количество соединений металлов других групп Периодической системы Д.И. Менделеева. Комплексные соединения переходных металлов перспективны как потенциальные противоопухолевые препараты широкого спектра действия.
3'2017 том 16 | vol. 16
РОССИЙСКИЙ БИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ | RUSSIAN JOURNAL OF BiOTHERAPY
76 Оригинальные статьи
Металлсодержащие комплексные соединения Для постановки МТТ-теста клеточные линии куль-представляют большой интерес, поскольку широкий тивировали в 96-луночных плоскодонных планшетах диапазон степеней окисления, координационных чи- (Costar, США) в течение суток в среде RPMI-1640, сел и координационных полиэдров позволяет им лучше содержащей 10 % телячьей эмбриональной сыворот-встраиваться в различные молекулы-мишени [1]. ки, L-глутамин, пенициллин-стрептомицин, аминоВ качестве противоопухолевых веществ исследу- кислоты, пируват натрия и раствор витаминов ются комплексные соединения элементов \ШВ группы («ПанЭко», Россия), при 37 °С в атмосфере 5 % СО2. Периодической системы Д.И. Менделеева (платины, Затем в каждую лунку добавляли исследуемые соеди-рутения, железа, кобальта, никеля, родия), золота, нения в концентрациях от 1 до 100 мкМ. Клетки галлия, олова, элементов IIIB группы [1—5]. инкубировали в присутствии изучаемых соединений В работе [6] описаны синтез и строение комплек- 72 ч в 5 % СО2 при 37 °C. Водорастворимые соедине-сов иодидов цинка и кадмия с антипирином (АР), ния растворяли в воде, нерастворимые или плохо а также данные об их действии на мышиные фибро- растворимые — в диметилсульфоксиде (ДМСО), так, бласты линии NCTN L929 с концентрацией полу- чтобы концентрация ДМСО или воды в лунке не максимального ингибирования 300—400 мкМ. Одна- превышала 1 %. В качестве контроля использовали ко не было поставлено экспериментов, связанных лунки с клетками, содержащие 1 % ДМСО или воды с воздействием указанных комплексов на опухолевые в полной ростовой среде. клеточные линии. После 72 ч инкубации в лунки добавляли МТТ Целью работы явилось исследование цитотокси- и оставляли на 4 ч в 5 % СО2 при 37 °C. Образовав-ческой активности в отношении опухолевых клеточ- шиеся в течение этого времени кристаллы формаза-ных линий in vitro комплексов иодидов цинка и кад- на растворяли в ДМСО и определяли оптическую мия с органическими лигандами — АР, кофеином (caf) плотность раствора на фотометрическом анализато-и 1, 10-фенантролином (phen) — в сравнении с исход- ре Multiskan EX (Thermo Labsystems, Финляндия) при ными соединениями: незакомплексованными лиган- длине волны 540 нм. дами, а также иодидами цинка (II) и кадмия (II). Процент ингибирования роста клеток (И, %) Соединения были синтезированы в Московском рассчитывали по формуле технологическом университете (МИТХТ). И = (1 - (Оо /Ок)) X 100 %, Материалы и методы Исследовали цитотоксическую активность коор- где Ок и Оо - оптическая плотность в контрольных динационных соединений цинка и кадмия, содержащих и опытных лунках соответственно. в качестве органических лигандов AP, caf или phen: Цитотоксическую активность оценивали по кон- ♦ трииодо(антипирин)кадмат (II) гексакис(анти- центрации, при которой происходит ингибирование пирин)кадмия (II), [Cd(AP)6] [Cd(AP)I3]2; роста 50 % клеток (ИК50). ИК50 определяли по гра- ♦ дигидрат-(кофеин)ди(ц-иодо)диаквакадмий, фику зависимости выживаемости клеток от концен-{[Cd(H2O)2(^-I)2](caf)2H2O}n; трации того или иного соединения. Для этого соеди- ♦ дииодо(1,10-фенантролин)кадмий, [Cd(phen)I2]; нения, вызывающие ингибирование роста больше ♦ дииодобис(антипирин)цинк, [Zn(AP)2I2]; 50 % опухолевых клеток при концентрации 100 мкМ, ♦ дииодоаква(кофеин)цинк, [Zn(caf)(H2O)I2]; тестировали также при концентрациях 1 и 10 мкМ. ♦ дииодо(1,10-фенантролин)цинк, [Zn(phen)I2]. По данным 3 концентрациям строили график для Кроме того, изучили цитотоксичность входящих определения ИК50. Соединение считали активным в состав этих соединений лигандов: caf, phen, а также при ИК50 <100 мкМ [7]. иодида кадмия (II) (CdI2), иодида цинка (II) (ZnI2). Исследование проводили в соответствии с «Ру- Результаты и обсуждение ководством по экспериментальному (доклиническо- В табл. 1 представлены значения (в %) ингиби-му) изучению новых фармакологических веществ» под рования роста клеточных линий под действием изу-редакцией АН. Миронова с помощью МТТ-теста [7, 8]. ченных соединений в концентрации 100 мкМ. Ак-Использовали клеточные линии 5 опухолей че- тивные в данной концентрации соединения были ловека различного гистогенеза: карцинома толстой исследованы также и в меньших концентрациях -кишки HCT116; аденокарцинома предстательной 1 и 10 мкМ при том же сроке инкубации (данные не железы РС3; аденокарцинома легкого А549; адено- представлены). В табл. 2 приведены значения ИК50 карцинома молочной железы MCF-7; Т-клеточный для цитотоксически активных соединений. лимфобластный лейкоз Jurkat, полученные из Банка Из табл. 1 следует, что цитотоксической активно-клеточных линий НМИЦ онкологии им. Н.Н. Бло- стью в отношении клеточных линий опухолей человека хина. обладают как иодид кадмия, так и его комплексные
РОССИЙСКИЙ БИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ | RUSSiAN JOURNAL OF BiOTHERAPY 3'2017 том 16 |vol. 16
Оригинальные статьи 77
таблица 1. Цитотоксическая активность исследованных соединений в концентрации 100 мкМ
Соединение Мнгибирование роста клеток, %
A549 PC3 Jurkat НСТП6 MCF-7
[Cd(AP)6] [Cd(AP)I3]2 82 69 77 85 80
[Zn(AP)2I2] 4 -15 -12 -2 -12
АР* 4 10 2 17 12
^(рИеп)у 86 92 92 90 85
[Zn(phen)I2] 40 74 77 29 65
рИеп 54 62 80 45 63
(са^О}, 79 82 85 81 68
[Zn(caf)(H2O)I2] 5 -8 -15 -9 -4
саГ -26 -12 -22 -11 -39
CdI2 75 63 71 76 70
ZnI2 -51 13 43 -2 -41
*Данные из публикации [9].
^Ш
таблица 2. ИК50 активных соединений
Соединение ик50, мкм
A549 PC3 Jurkat |нст116 MCF-7
CdI2 79,3 79,5 14 72,5 87,5
phen 78,6 58,3 8,2 >100 56,5
{^ВД^-^КсаО 2Н2О} 2, 79,2 66,5 6,8 74,1 84,1
^(рЬе^Ц 40 10 5,5 41 9,2
[Zn(phen)I2] >100 47,4 10 >100 72,5
[Cd(AP)6] [Cd(AP)I3]2 74 67,8 16 69,5 48
соединения: ^(АР)6] ^(АР)13]2, [Cd(phen)I2], {^ (^О^ц-^Кса^^О},, в то время как иодид цинка и комплексные соединения на его основе, за исключением [Zn(phen)I2], не активны. В статье [9] авторами настоящей работы было показано, что один из лиган-дов — АР — не обладал цитотоксическим действием. В нашем исследовании была изучена цитотоксичность других лигандов, входящих в состав комплексных соединений. Не обнаружено цитотоксического действия у саГ Интересные результаты получены для phen. Он сам обладал цитотоксической активностью, и при его взаимодействии с иодидом кадмия получалось комплексное соединение с более высокой цитотоксичностью. Но в случае взаимодействия phen
с неактивным иодидом цинка полученное комплексное соединение на большинстве клеточных линий было менее активно, чем сам phen.
В целом комплексные соединения иодида кадмия как с неактивными лигандами (саГ и АР), так и с активным phen обладают более выраженной цитотоксичностью, чем исследованный отдельно CdI2 (в среднем 79; 89 и 78,6 % у {[Са(Н2О)2(ц-1)2](са0 2Н20}л, ^(рЬе^у и [Са(ЛР)6] ^(ЛР)13]2 соответственно против 71 % у CdI2). Об этом также свидетельствует тот факт, что значения ИК50 этих комплексных соединений меньше, чем у CdI2.
Полученные в данной работе значения ИК50 активных координационных соединений иодидов кадмия ({^(Н2О)2(ц-1)2Кса02Н2О}л, на клетках Jurkat и [Cd(phen)I2] на клетках MCF-7) сопоставимы с представленными в базе данных по биологически активным соединениям ChEMBL значениями ИК50 используемого в онкологической клинической практике координационного соединения платины и цисплатина на линиях клеток НСТ116 — 4,1 мкМ, РС3 - 5,0 мкМ, MCF-7 - 3,0 мкМ, А549 -3,07 мкМ [10].
По результатам изучения цитотоксической активности можно сделать вывод о том, что соединения
CdI2, phen, {^¿(^О^ц-^Кса^^О},,, ^^е^у,
^п^еп)12], ^¿(АР)6] ^¿(ЛР)13]2 перспективны для дальнейших исследований. Судя по ИК50, наиболее цитотоксичным соединением является [Cd(phen)I2], в котором сочетание 2 активных компонентов -иодида кадмия и phen — дает усиление цитотоксичес-кого эффекта.
Заключение
Обнаружена цитотоксическая активность у 6 из 10 исследованных соединений: CdI2, phen, {[Cd (Н2О)2 (И^ (са^О},, ^Ье^у, ^(рЬе^у, ^^^ [Cd(AP)I3]2 в концентрации 100 мкМ. При изучении активности в меньших концентрациях (данные не представлены) оказалось, что наиболее выраженную токсичность все указанные соединения продемонстрировали на клетках Jurkat (ИК50 5,5—16,0 мкМ). Соединение [Cd(phen)I2] было наиболее цитоток-сично и имело самую низкую ИК50 в отношении всех исследуемых клеточных линий.
Комплексы иодида кадмия, в отличие от комплексных соединений на основе иодида цинка (кроме [Zn(phen)I2]), оказывают ингибирующее действие на рост опухолевых клеток, причем большее, чем исходные иодид кадмия или свободные лиганды.
Все указанные 6 соединений в силу выраженной цитотоксической активности перспективны для дальнейших исследований по поиску потенциальных противоопухолевых соединений.
3'2017 том 16 | voL. 16
РОССИЙСКИЙ БИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ | RUSSIAN J0URNAL 0Р Bi0THERAPY
78
Оригинальные статьи
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
1. Alama A., Tasso B., Novelli F., Sparatore F. Organometallic compounds in oncology: implications of novel organotins as antitumor agents. Drug Discov Today 2009;14(9-10):500-8. DOI: 10.1016/j.drudis.2009.02.002. PMID: 19429510.
2. Рукк Н.С., Апрышко Г.Н., Скрябина А.Ю. Перспективность создания противоопухолевых лекарств на основе координационных соединений элементов IIIB группы. Российский биотерапевтический журнал 2014;13(2):47-50.
3. Boer D.R., Canals A., Coll M. DNA-binding drugs caught in action: the latest 3D pictures of drug-DNA complexes. Dalton Trans 2009; (3):399—414. DOI: 10.1039/b809873p. PMID: 19122895.
4. Bruijnincx P.C.A., Sadler P.J. New trends for metal complexes with antican-
cer activity. Curr Opin Chem Biol 2008;12(2):197-206. DOI: 10.1016/j.cbpa.2007.11.013. PMID: 18155674.
5. Wang X., Guo Z. Towards the rational design of platinum (II) and gold (III) complexes as antitumor agents. Dalton Trans 2008;(12):1521-32.
DOI: 10.1039/b715903j. PMID: 18335133.
6. Rukk N.S., Kuzmina L.G., Albov D.V. et al. Synthesis, X-ray crystal structure and cytotoxicity studies of zinc (II) and cadmium (II) iodide complexes with an-tipyrine. Polyhedron 2015;102:152-162. DOI: 10.1016/j.poly.2015.09.011.
7. Трещалина Е.М., Жукова О.С., Герасимова Г. К. и др. Методические указания по изучению противоопухолевой активности фармакологических веществ. В кн.: Руководство
по проведению доклинических иссле-
дований лекарственных средств. Под ред. А.Н. Миронова и др. М.: Гриф и К, 2012. C. 642-57.
8. Mossman T. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays. J Immunol Methods 1983; 65(1-2):55-63.
PMID: 6606682
9. Голубева И.С., Яворская Н.П., Барышникова М.А. и др. Исследование потенциальной противоопухолевой активности некоторых координационных соединений редкоземельных элементов с антипирином. Российский биотерапевтический журнал 2016;15(4):89-95.
DOI: 10.17650/1726-9784-2016-15-4-8 9-95.
10. ChEMBL. URL: https://
www.ebi.ac.uk/chembl/bioactivity/ (дата обращения: 05.04.2017).
РОССИЙСКИЙ БИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ | RUSSiAN JOURNAL OF BiOTHERAPY
3'2017 том 16 | vol. 16
