Preclinical Evaluation of Antitumor Efficacy of a New Radiopharmaceutical Based on Thermoresponsive Carrier and Samarium-153

This work is devoted to studying the in vivo antitumor efficacy of the new injection radiopharmaceutical based on thermoresponsive polymer and β−-emitting radionuclide samarium-153 (153Sm-KARP-CheM). The study of in vivo antitumor efficacy was performed using mice F1 and C57Bl/6 with transplanted subcutaneously sarcoma S37 and melanoma B16, respectively. The animals received single intratumoral bolus injections of 37 MBq (1 mCi), or 18.5 MBq (0.5 mCi) of 153Sm-KARP-CheM, or saline in a volume 0.1 ml. The efficacy of antitumortreatment was evaluated using tumor growth inhibition index (TGI, %) and increase of average life span (ILS, %). The most meaningful therapeutic efficacy after intratumoral injection of 153Sm-KARPCheM was observed in melanoma-bearing mice C57Bl/6. The highest values of TGI for melanoma B16 were 79.5% and 79.6% after treatment with 18.5 MBq or 37 MBq, respectively. An increase of average life span by 17.1% was found in group of melanoma-bearing mice treated with 37 MBq of 153Sm-KARP-CheM only. Tumor growth inhibition of sarcoma S37 was slightly lower as compared with melanoma B16: 62.5% and 59.0% in 37 MBq and 18.5 MBq groups, respectively. 153Sm-KARP-CheM didn’t increase average life span of treated animals. In conclusion, 153Sm-KARP-CheM seems to be effective radiopharmaceutical for local tumor radiotherapy. Keywords: thermoresponsive polymer, samarium-153, radionuclide therapy of cancer, sarcoma S37, melanoma B16, antitumor efficacy

Молекулярные механизмы полового диморфизма в канцерогенезе

The incidence and mortality of malignant neoplasms of non-reproductive organs both carcinomas and sarcomas in men is one and a half times higher than in women. This is based on genetic differences, which are superimposed by patterns of epigenetic regulation of the expression of sex chromosome genes that determine sex differences in the processes of tissue differentiation, which, in turn, mediates the formation of the hormonal status of the body. Compared to the Y chromosome, the mammalian X chromosome contains several dozen times more genes encoding major regulators of proliferation, metabolism, immunity, and tumor growth inhibitors, as well as X-linked microRNAs affecting transcription factors and cross-regulation by other non-coding RNAs. This results in a female or male gene expression profile that accounts for phenotypic differences. This peculiarity, along with the fact that in female cells on the second inactivatedX chromosome epigenetic repression of the most important genes is reversed and, accordingly, their expression level is doubled, may largely explain the sex disparity in carcinogenesis. The influence of sex hormones and disparity in the expression of antitumor immunity contribute significantly to this difference. A detailed study of the mechanisms underlying sex dimorphism in carcinogenesis will be an essential contribution to fundamental oncology and to the practice of diagnosis, prognosis and personalized treatment of malignances with regard to their gender-specific course. These studies are especially relevant in relation to insufficiently studied soft tissue sarcomas, the ratio of the frequencies of which in men and women varies greatly depending on the histological subtype of the tumor.Заболеваемость злокачественными новообразованиями нерепродуктивных органов, как карциномами, так и саркомами, и смертность от них у мужчин в 1,5 раза выше, чем у женщин. В основе этого лежат генетические различия, на которые накладываются закономерности эпигенетической регуляции экспрессии генов половых хромосом, определяющие половые различия в процессах дифференцировки тканей и гормонального статуса организма. по сравнению с Y-хромосомой на Х-хромосоме млекопитающих находится в несколько десятков раз больше генов, кодирующих основные регуляторы пролиферации, метаболизма, иммунитета и ингибирования опухолевого роста, а также X-сцепленных микроРНк, влияющих на транскрипционные факторы и перекрестную регуляцию другими некодирующими РНк. В результате образуется профиль экспрессии генов по женскому и мужскому типам, обусловливающий фенотипические различия. этот факт наряду с тем, что в женских клетках в некоторых важнейших генах второй инактивированной X-хромосомы происходит снятие эпигенетической репрессии и, соответственно, удвоение уровня экспрессии, может в значительной степени объяснить «половое неравенство» в канцерогенезе. Существенный вклад в это различие вносят влияние половых гормонов и неравенство в выраженности противоопухолевого иммунитета. Детальное исследование молекулярных механизмов, лежащих в основе полового диморфизма в канцерогенезе, будет существенным вкладом в фундаментальную онкологию, практику диагностики, прогноза и персонализированного лечения злокачественных новообразований с учетом особенностей их течения у мужчин и женщин. Особенно актуальны такие исследования в отношении недостаточно изученных сарком мягких тканей, соотношение частоты возникновения которых у мужчин и женщин сильно варьирует в зависимости от гистологического подтипа опухоли

ИНГИБИРОВАНИЕ ЭКСПРЕССИИ ГЕНА REDD1 ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПОБОЧНЫХ ЭФФЕКТОВ ГЛЮКОКОРТИКОИДОВ

Glucocorticoids (GC ) have been an integral component of the treatment of leukemias and lymphomas for several decades. Specific cytotoxic effect of GC on transformed lymphoblasts mediates their use at the stage of the remission induction as well as consolidation of treatment. However, the main problem of the long-term GC use is the development of atrophic and metabolic side effects as well as GC resistance. The biological effects of GC are realized via activation of the glucocorticoid receptor (GR) by two mechanisms: transrepression (TR) associated with the therapeutic effects of GC , and transactivation (TA ), which mediates the development of metabolic and atrophic complications. It was demonstrated that an increase in the expression of the GC - dependent gene REDD1 associated with GC -induced skin, muscle and bone atrophy of the skin, muscle and bone tissue was realized via the induction of transactivation. Therefore, identification of potential inhibitors of REDD1 expression and study of their biological effects in combination with GC in models of leukemia and lymphoma is of particular interest. In our recent study we have selected a number of drugs from the class of PI 3K/Akt/mTO R modulators using bioinformatic screening. These drugs effectively inhibited REDD1 expression, modulated GR activity and shifted it towards transrepression, and prevented the development of GC -induced side effects in mice. Here we aimed to study the effects of potential inhibitors of REDD1 expression from different pharmacological groups, the compounds Emetine and CGP -60474, on leukemia and lymphoma cells in combination with GC . We demonstrated antitumor effect of the compounds in vitro, a decrease in the expression of TA -associated genes and an increase in TR induction. Further studies of the antitumor effects of REDD1 expression inhibitors (Emetine and CGP -60474 is a promising area of research.Глюкокортикоиды (GC ) являются неотъемлемым компонентом терапии лейкозов и лимфом на протяжении нескольких десятков лет. Их специфическое цитотоксическое действие на трансформированные лимфобласты обусловливает применение данных препаратов как при индукции ремиссии, так и в ходе дальнейшего лечения. Однако одной из проблем, осложняющих длительное применение GC , является развитие атрофических и метаболических побочных эффектов, а также резистентности. Биологические эффекты GC реализуются посредством активации глюкокортикоидного рецептора (GR) по двум механизмам: трансрепрессии (TR), обусловливающей терапевтическое действие GC , и трансактивации (TA ), опосредующей развитие побочных эффектов. В частности, с индукцией трансактивации связано увеличение экспрессии GC -зависимого гена REDD1, ассоциированного с GC -индуцированной атрофией кожного покрова, мышечной и костной ткани. В связи с этим актуальным является поиск потенциальных ингибиторов экспрессии REDD1 и изучение их эффектов в комбинации с GC на моделях лейкозов и лимфом. Ранее нами с помощью биоинформатического анализа был отобран ряд препаратов класса модуляторов сигнального пути PI 3K/Akt/mTO R. Данные лекарственные средства оказались эффективными ингибиторами экспрессии гена REDD1, модулировали активность GR, усиливая трансрепрессию, а также предотвращали развитие GC -индуцированных побочных эффектов у мышей. В представленной работе изучены эффекты потенциальных ингибиторов экспрессии REDD1, соединений других фармакологических групп, эметина и CGP -60474 на клетки лейкозов и лимфом совместно с GC . Было отмечено противоопухолевое действие соединений in vitro, снижение экспрессии генов, ассоциированных с TA , и усиление TR. В связи с этим дальнейшее изучение противоопухолевых эффектов ингибиторов экспрессии REDD1 эметина и CGP -60474 является перспективным направлением исследований

Сравнительное экспериментальное исследование специфической активности 5-АЛК и гексилового эфира 5-АЛК

A comparative experimental study of the specific activity of drugs based on 5-aminolevulinic acid (5-ALA) and its hexyl ester (5-ALA HE) was carried out. Their ability to induce the synthesis of photoactive protoporphyrin IX in the healthy tissues of the rabbit bladder when instilling the drug solutions at various concentrations has been estimated. It was shown that 5-ALA HE results in the induction and accumulation of PPIX in the rabbit bladder epithelium at much lower concentrations than 5-ALA. Thus, a significant increase in the fluorescence intensity in comparison with the control was achieved by instillation of 5-ALA HE solution in the rabbit’ bladder at a concentration of only 0.0001% (fluorescence intensity 2.20±0.60 a.u.), and for 5-ALA – only when using a solution at a concentration of 0.3% (fluorescence intensity 2.60±1.02 a.u.).Проведено сравнительное экспериментальное исследование специфической активности препаратов на основе 5-аминолевулиновой кислоты (5-АЛК) и ее гексилового эфира (ГЭ 5-АЛК). Оценена их способность индуцировать синтез фотоактивного протопорфирина IX  в здоровых тканях мочевого пузыря кролика при инстилляции растворов препаратов в различных концентрациях. Исследования показали, что ГЭ 5-АЛК вызывает индукцию и накопление ППIX в эпителии мочевого пузыря кролика в значительно меньших концентрациях, чем 5-АЛК. Так, достоверное увеличение интенсивности флуоресценции по сравнению с контролем удалось достичь при инстилляции в мочевой пузырь кролика раствора ГЭ 5-АЛК в концентрации всего 0,0001% (интенсивность флуоресценции 2,20±0,60 усл.ед.), а для 5-АЛК – только при использовании раствора в концентрации 0,3% (интенсивность флуоресценции 2,60±1,02 усл.ед.)

Эффективность в системе in vitro гликозилированных производных триметилового эфира хлорина е6 в зависимости от положения углеводного фрагмента в макроцикле

The physicochemical and photophysical properties, as well as photo-induced activity, of glycoconjugates based on chlorine е6 trimethyl ether with various positions of carbohydrate fragment in the macrocycle have been studied. The photo-induced activity was investigated in the human (HEp2, A549 and HT29) and animal (LLC) cell lines. The tested compounds showed in vitro both high photo-induced activity and high stability in the dark. The photosensitizer with galactose in the A pirrole ring demonstrated the highest activity (the half maximal inhibitory concentration (ИК50) varied from 27±2 nM to 75±5 nM in tests on different cell lines). Dyes with sugar substitutes in the C pirrole ring were 5–10 times less active. Изучены физико-химические и фотофизические свойства гликоконъюгатов на основе триметилового эфира хлорина е6  с углеводными заместителями в разных положениях макроцикла, а также их фотоиндуцированная активность относительно опухолевых клеток человека (НЕp2, А549 и НТ29) и животных (LLC) в системе in vitro. Показано, что все фотосенсибилизаторы оставались стабильными в течение длительного времени в темновых условиях. При оценке эффективности соединений выявлено, что наибольшую активность проявлял фотосенсибилизатор с галактозой в пирроле А (величина ИК50 варьировалась от 27±2 до 75±5 нМ в зависимости от клеточной культуры), в то время как наличие остатка углевода в пирроле С снижало фотоиндуцированную активность в 5–10 раз.

Разработка технологии получения наночастиц на основе PLGA и дипропоксибактериопурпуринимида. Оценка физико-химических и биологических свойств полученной системы доставки

The article describes the process of developing a technology for producing nanoparticles based on a copolymer of lactic and glycolic acids (PLGA) containing dipropoxybacteriopurpurinimide (DPBPI) for photodynamic therapy of malignant tumors of various origins. Technological parameters for optimizing the method in order to obtain nanoparticles with specified characteristics are presented in this paper. As a result, the nanoparticles sample with an average particle diameter of 222.6±2.8 nm; ξ-potential 26.3±4.61 mV; polydispersity index 0.144; the total content of DPBPI in PLGA-DPBPI nanoparticles 13.6% were obtained. In accordance with the developed technique, the batch of PLGA-DPBPI nanoparticles was developed for further biological studies. In vitro experiments on A549 human non-small cell lung carcinoma for DPBPI, delivered as a part of PLGA-DPBPI nanoparticles, and an EL cremophor-based emulsion (CrEL-DPBPI) showed a similar intracellular distribution (concentrated in vesicular cell structures and diffusely distributed in cytoplasm), as well as high photo induced activity and the absence of dark cytotoxicity in case of PLGA-DPBPI nanoparticles. The study of the PLGA-DPBPI nanoparticles specific activity in vivo on the S37 mouse soft tissue sarcoma model showed the selective accumulation of DPBPI in tumor tissue and the almost complete elimination of DPBPI from the body within 48 hours, as well as significant antitumor efficacy in PDT.В статье описан процесс разработки технологии получения наночастиц на основе сополимера молочной и гликолевой кислот (PLGA), включающих дипропоксибактериопурпуринимид (DPBPI) и предназначенных для фотодинамической терапии (ФДТ) злокачественных новообразований различного генеза. В работе подобраны технологические параметры, позволяющие оптимизировать метод получения наночастиц с заданными характеристиками, в результате был получен образец сферических частиц, обладающая средним диаметром частиц 222,6±2,8 нм; ξ-потенциалом –26,3±4,61 мВ; индексом полидисперсности 0,144; общее содержание DPBPI в частицах PLGA-DPBPI составило13,6%. В соответствии с разработанной методикой была осуществлена наработка партии наночастиц PLGA-DPBPI для дальнейших биологических исследований. В экспериментах in vitro на клетках немелкоклеточной карциномы легкого человека А549 для DPBPI, доставленного в клетки с помощью наночастиц PLGA-DPBPI, и эмульсии на основе кремофора EL (CrEL-DPBPI) было показано сходное внутриклеточное распределение (концентрирование в везикулярных клеточных структурах и диффузное распределение в цитоплазме), а также была показана высокая фотоиндуцированная активность и отсутствие темновой цитотоксичности в случае использования частиц PLGA-DPBPI. Изучение специфической активности наночастиц PLGA-DPBPI in vivo на модели саркомы мягких тканей мыши S37 показало селективное накопление DPBPI в опухолевой ткани и практически полное выведение DPBPI из организма в течение 48 ч, а также выраженную противоопухолевую эффективность при ФДТ

Определение химиорезистентности клеток рака яичников in vitro

Objectives: to provide a rationale for existing approaches for the evaluation of chemoresistance of ovarian cancer in vitro, to perform a comparative analysis of the methods and to assess the perspectives of their further application.Materials and methods. For the review preparation, we analyzed articles on experimental testing of ovarian cancer resistance to chemotherapeutic agents, available at biomedical literature databases SciVerse Scopus (158), PubMed (323), Web of Science (285), RSCI (64). The review cited 37 recent publications, 12 of them being published over the past three years, and 16 articles being referred as pioneer publications on techniques previously and used today.Results. Peculiarities of the main methods for assessing the resistance and sensitivity of a cancer to various chemotherapeutic drugs using primary cultures of tumor cells obtained from biopsy or surgical material are analyzed. Proliferative and metabolic activities as well as the level of cell death were considered as the main evaluated characteristics of tumor cells. The methodological features of the described methods are discussed, as well as the prospects for their further application.Conclusion. Predictive detection of chemoresistance of ovarian cancer is based on testing the viability of tumor cells in the presence of a chemotherapeutic drug. The results of studies of the key mechanisms of chemoresistance development in tumor cells provide the rationale for improving in vitro testing.Цель исследования – представить обоснование существующих подходов к тестированию химиорезистентности рака яичников in vitro, провести их сравнительный анализ и дать оценку перспектив их дальнейшего применения.Материалы и методы. При подготовке обзора были проанализированы статьи по теме прогнозного определения химиорезистентности рака яичников к химиотерапевтическим препаратам, имеющиеся в информационных базах биомедицинской литературы SciVerse Scopus (158), PubMed (323), Web of Science (285), РИНЦ (64). В обзоре процитированы 37 современных публикаций, 12 работ из которых были опубликованы в течение последних 3 лет, а 16 статей относятся к первым публикациям по разработанным методикам, которые продолжают использовать в наши дни.Результаты. Рассмотрены особенности основных методов оценки резистентности / чувствительности рака яичников к различным химиотерапевтическим препаратам с использованием первичных культур опухолевых клеток, получаемых из биопсийного / операционного материала. При тестировании в качестве основных оцениваемых характеристик опухолевых клеток рассмотрены пролиферативная и метаболическая активность, а также уровень клеточной гибели. Обсуждены методические особенности описываемых методов, а также перспективы их дальнейшего применения.Заключение. Прогнозное выявление химиорезистентности рака яичников проводится на основании тестирования жизнеспособности опухолевых клеток в присутствии химиотерапевтического препарата. Обоснованием для совершенствования такого тестирования in vitro служат результаты исследований ключевых механизмов развития химиорезистентности опухолевых клеток

Antitumor Activity of Auger Electron Emitter 111In Delivered by Modular Nanotransporter for Treatment of Bladder Cancer With EGFR Overexpression

Gamma-ray emitting 111In, which is extensively used for imaging, is also a source of short-range Auger electrons (AE). While exhibiting negligible effect outside cells, these AE become highly toxic near DNA within the cell nucleus. Therefore, these radionuclides can be used as a therapeutic anticancer agent if delivered precisely into the nuclei of tumor target cells. Modular nanotransporters (MNTs) designed to provide receptor-targeted delivery of short-range therapeutic cargoes into the nuclei of target cells are perspective candidates for specific intracellular delivery of AE emitters. The objective of this study was to evaluate the in vitro and in vivo efficacy of 111In attached MNTs to kill human bladder cancer cells overexpressing epidermal growth factor receptor (EGFR). The cytotoxicity of 111In delivered by the EGFR-targeted MNT (111In-MNT) was greatly enhanced on EJ-, HT-1376-, and 5637-expressing EGFR bladder cancer cell lines compared with 111In non-targeted control. In vivo microSPECT/CT imaging and antitumor efficacy studies revealed prolonged intratumoral retention of 111In-MNT with t½ = 4.1 ± 0.5 days as well as significant dose-dependent tumor growth delay (up to 90% growth inhibition) after local infusion of 111In-MNT in EJ xenograft-bearing mice