Influence of doxorubicin inclusion into phospholipid nanoformulation on its antitumor activity in mice: increased efficiency for resistant tumor model

Aim: The new formulation of doxorubicin on the base of phospholipid nanoparticles (particle size <30 nm) is elaborated in the Institute of Biomedical Chemistry (Russian Academy of Medical Sciences) on the base of plant phospholipids. The aim of study is to investigate an antitumor effect of this nanoformulation in mice with two cancer models with various sensitivity to chemotherapy — lymphoid malignancy P-388 and Lewis lung carcinoma (LLC). Methods: Nanophospholipid (NPh) formulation of doxorubicin was prepared by homogenization of soybean phosphatidylcholine and doxorubicin hydrochloride. The effect of this formulation was studied in experiments with single or threefold drug administration. Percents of tumor growth inhibition in mice under influence of free or NPh doxorubicin forms were compared. Results: Single administration of both free and NPh doxorubicin in mice with P-388 resulted in the same quick severe inhibition of tumor growth (60–90% depending from dose), with further gradual decrease of inhibition degree. However for more resistant tumor, LLC, the obvious advantage of NPh doxorubicin form was shown. The little effect of free doxorubicin began to reveal only after 11 days, but NPh formulation induced significant inhibition of tumor growth (40%) from the first experimental point (6 days after administration). The advantages of NPh doxorubicin was manifested particularly in low drug doses, 2 and 4 mg/kg. In other experiment design in mice with LLC, with threefold weekly drug administration, NPh doxorubicin appeared to be 2.5 times more active than free drug. The reason of the same actions of free and NPh doxorubicin form in P-388 is suggested the high drug sensitivity of this model, that gives quick high drug response for any doxorubicin form. Conclusion: Doxorubicin in phospholipids nanoformulation revealed higher antitumor efficiency as compared with free doxorubicin in mice with LLC carcinoma. The mechanism of such changes is supposed to be caused by increase of doxorubicin availability for cancer cells

ТРАНСЛЯЦИОННАЯ МЕДИЦИНА — ПУТЬ ОТ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ БИОМЕДИЦИНСКОЙ НАУКИ В ЗДРАВООХРАНЕНИЕ

Increasing distance between practical public health services and collecting of theoretical information in the field of biomedical researches reflects the necessity of professional contact between clinicians and scientists in many areas associated with medicine for active carrying over («translation») of the modern basic researches in which mechanisms of basic metabolic processes and possibilities of their correction are detected, to effective medical help to individual patient, i.e. personified medicine. Such approach was called transmitting medicine. Examples of the personified medicine in which biomedical researches together with the anamnesis morbi of individual patient that are responsible for treatment strategy including doses and regimens are discussed. Возрастающая дистанция между практическим здравоохранением и накапливающейся теоретической информацией в области биомедицинских исследований диктует необходимость профессионального контакта между врачами-клиницистами и научными работниками во многих связанных с медициной областях с целью активного переноса («трансляции») современных фундаментальных исследований, проясняющих механизмы основных метаболических процессов и их нарушений (и возможности их коррекции), к эффективной медицинской помощи конкретному пациенту, т.е. персонифицированной медицине. Такой подход получил название трансляционная медицина. В обзоре  показано, как современные трансляционные исследования делают более эффективной медицинскую помощь конкретному пациенту. Приведены примеры персонифицированной медицины, в которых биомедицинские исследования совместно с анамнезом заболевания конкретного пациента способствуют выбору тактики лечения, в том числе дозы и частоты введения лекарств.

НАНОЧАСТИЦЫ КАК СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТА ДЛЯ ПРОТИВОТУБЕРКУЛЕЗНЫХ ЛЕКАРСТВ

The increase of tuberculosis incidence in last decade stimulated elaboration of both new antituberculous drugs and also searches of optimizing delivery systems for existing drugs. It is determined by their side effects and low bioavailability of effective first line  drug rifampicin. Various nanosystems for transport of antituberculous drugs are considered on the basis of various polymers, liposomes, lipid nanoparticles, nanoemulsios, nanosuspensions, dendrimers, cyclodextrines. Influence of drug incorporation into nanoparticles, most often for rifampicin, on pharmacokinetics and efficiency in tuberculosis models is discussed. The most of works are devoted to polymer nanoparticles for oral administration where increased circulation time and efficiency were shown. The best results were observed after drug inclusion into solid lipid nanoparticles. The liposomes formulations were investigated mostly for inhalation and injection administrations. Positive results were also observed. Authors underline the viability of incorporation of antituberculous drugs into phospholipid nanoparticles that may increase intestinal absorption and bioavailability. It is confirmed by authors’ own data that showed increase of rifampicin efficiency after their incorporation into such nanoparticles. Повышение частоты заболеваемости туберкулезом в последние годы стимулировало разработки новых противотуберкулезных препаратов, а также способов повышения эффективности уже имеющихся средств с использованием различных систем транспорта.  Это обусловлено побочными реакциями и низкой биодоступностью одного из наиболее эффективных противотуберкулезных препаратов 1-го ряда рифампицина. В обзоре рассмотрены различные системы транспорта противотуберкулезных препаратов на основе полимеров, липосом, липидных наночастиц, дендримеров, циклодекстринов, наноэмульсий. Приведены данные по влиянию включения лекарств (чаще всего — рифампицина) в наночастицы на их фармакокинетику и противотуберкулезную активность. Наибольшее число работ посвящено полимерным наночастицам, вводимым перорально: показано увеличение времени циркуляции и активности включенных противотуберкулезных препаратов. Более высокая эффективность наблюдалась при использовании твердых липидных наночастиц. Для ингаляционного или инъекционного введения исследовали в большей степени влияние липосомальных форм, также показавших положительные результаты. Отмечена перспективность встраивания противотуберкулезных препаратов в наночастицы на основе фосфолипидов, и приведены собственные данные авторов о повышении эффективности рифампицина при встраивании в такие наночастицы.

Получение и изучение свойств противоопухолевого лекарственного средства на основе липидного производного сарколизина

The conditions for the preparation of a drug formulations based on the lipid derivative of sarcolysin embedded in phospholipid nanoparticles have been optimized. The drug is an ultra-thin emulsion with a light transmittance above 80% and a particle size of not more than 50 nm. It should be noted that 99% of the lipid derivative of sarcolysin are incorporated into phospholipid nanoparticles. Preservation of aggregation stability in the aquatic environment was observed for at least 2 days. In vitro experiments have shown that sarcolysin, introduced as a part of phospholipid nanoparticles, is distributed among lipoproteins and protein components of plasma. Moreover, the content of sarcolysin in all fractions involved in the transport of biologically active substances in the body, is significantly higher in case of prodrug administration (lipid derivative of sarcolysin) in the composition of phospholipid nanoparticles than, as compared with administration of a free form (pharmacological substances) to the incubation medium. The transformation of a prodrug into the drug sarcolysin occurs in the blood cells.Оптимизированы условия получения лекарственного средства на основе липидного производного сарколизина, встроенного в фосфолипидные наночастицы. Препарат представляет собой ультратонкую эмульсию со светопропусканием выше 80% и размером частиц не более 50 нм. При этом 99% липидного производного сарколизина встроено в фосфолипидные наночастицы. Сохранение агрегационной устойчивости в водной среде наблюдалось как минимум в течение 2-х суток. Эксперименты in vitro показали, что сарколизин, введенный в составе фосфолипидных наночастиц, распределяется по липопротеинам и белковым компонентам плазмы крови. При этом содержание сарколизина во всех фракциях, участвующих в транспорте биологически активных веществ в организме, значительно выше при введении в виде пролекарства (липидного производного сарколизина) в составе фосфолипидных наночастиц, чем при введении сарколизина в инкубационную среду в свободном виде (т.е. фармакологической субстанции). Превращение пролекарства в лекарство сарколизин происходит в клетках форменных элементов

Проникновение в опухолевые клетки фото-сенсибилизатора хлорина е6 в составе фосфолипидных наночастиц при конъюгации с гексапептидом, содержащим последовательность NGR

The possibility of increased internalization of the photosensitizer chlorin e6 in tumor cells was investigatedusing soy phosphatidylcholine nanoparticles 20-30 nm with or without attached peptide containing Asn-Gly-Arg (NGR) motif was studied. This amino acid sequence exhibits affinity to aminopeptidase N (CD13), wich is overexpressed in a number of tumor cells and vessels. Nanoparticles with chlorin e6 were prepared with added of distearoylphosphatidylcholine (DSPE) conjugated through PEG with a hexapeptide containing the NGR sequence, and then were incubated with tumor cells НерG2 and MCF-7. Chlorin e6 accumulation in СD13-negative cells (MCF-7) did not depend on the presence of peptide NGR in nanoparticles. However, for НерG2 cells a twofold increase of chlorine e6 internalization was observed as compared with the same particles without NGR. Differences in the response of these two cell lines, differed in expression of aminopeptidase N (APN), suggest the possibility of this protein using for targeted delivery. The prospectivity of usage of phospholipids nanoparticles conjugated with targeting peptide for photodynamic therapy is discussed, taking into account possible variation of APN expression, inherent for many solid tumors.Исследована возможность повышения проникновения в опухолевые клетки фотосенсибилизатора хлорина е6 путём включения его в наночастицы с размером 20-40 нм из соевого фосфатидилхолина с добавлением пептида, содержащего мотив Asn-Gly-Arg (NGR), аффинный к повышенно экспрессирующемуся на клетках ряда опухолей и опухолевых сосудов белку аминопептидазе N (APN, CD13). Хлорин е6 встраивали в наночастицы, приготовленные с добавлением дистеароилфосфатидилэтаноламина (DSPE), конъюгированного через ПЭГ с гексапептидом, включающим последовательность NGR. Полученную композицию инкубировали с опухолевыми клетками НерG2 и MCF-7. Для СD13-отрицательных клеток MCF-7 накопление хлорина е6 не зависело от присутствия пептида в наночастицах, в то время как для клеток НерG2 наблюдалось двукратное повышение интернализации хлорина е6 по сравнению с инкубацией с такими же наночастицами без NGR. Различия ответа этих двух клеточных линий, отличающихся по экспрессии APN, подтверждают возможность использования этого белка в качестве мишени для направленной доставки. Обсуждается перспективность использования в фотодинамической терапии фосфолипидных наночастиц с присоединённым содержащим NGR адресным пептидом с учётом возможных вариаций экспрессии APN, свойственной многим сóлидным опухолям