RU2723393C1 - Method of tumour cells radiosensitization - Google Patents

Method of tumour cells radiosensitization Download PDF

Info

Publication number
RU2723393C1
RU2723393C1 RU2019117919A RU2019117919A RU2723393C1 RU 2723393 C1 RU2723393 C1 RU 2723393C1 RU 2019117919 A RU2019117919 A RU 2019117919A RU 2019117919 A RU2019117919 A RU 2019117919A RU 2723393 C1 RU2723393 C1 RU 2723393C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cells
glucosamine
cell
radiosensitization
radiation
Prior art date
Application number
RU2019117919A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Надежда Яковлевна Гильяно
Мария Михайловна Дуботолова
Фарид Миникасимович Ибатуллин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт-ПИЯФ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт-ПИЯФ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт-ПИЯФ)
Priority to RU2019117919A priority Critical patent/RU2723393C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2723393C1 publication Critical patent/RU2723393C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/70Carbohydrates; Sugars; Derivatives thereof
    • A61K31/7008Compounds having an amino group directly attached to a carbon atom of the saccharide radical, e.g. D-galactosamine, ranimustine
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/10X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to molecular biology and can be used to increase efficiency and targeted selectivity of effect on tumour cells using radiation exposure. Method for radiosensitization of tumour cells involves exposing a tumour cell to a substance which is a glycolysis inhibitor and simultaneously blocks cell proliferation, which is represented by glucosamine D hydrochloride in concentration of 10 mM.
EFFECT: invention provides higher radiosensitization and targeted selectivity of tumour cell exposure without affecting non-tumour cells by blocking cell proliferation in the radio-sensitive G1 phase of the cell cycle.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области молекулярной биологии, исследующей новые возможности для увеличения эффективности и направленной селективности воздействия на опухолевые клетки (гибели опухолевых клеток) с применением радиационного воздействия.The invention relates to the field of molecular biology, exploring new possibilities for increasing the efficiency and directed selectivity of exposure to tumor cells (death of tumor cells) using radiation exposure.

Настоящее изобретение относится также к области радиосенсибилизации опухолевых клеток для усиления повреждающего действия ионизирующих излучений на опухолевые клетки.The present invention also relates to the field of radiosensitization of tumor cells to enhance the damaging effect of ionizing radiation on tumor cells.

Способ может найти применение в области лечения злокачественных образований, т.е. химиотерапевтическое лечение и лечение облучением. Характерными недостатками радио- и химиотерапии являются: токсичность, значительные побочные действия, низкая опухолевая специфичность. Эффективность действия радиосенсибилизации может быть достигнута: либо уменьшением собственных радиозащитных возможностей клеток (снижение внутриклеточного уровня глютатиона), либо подавлением репарации от лучевых повреждений (ингибиторами репарации), либо созданием для облученных объектов неблагоприятных условий культивирования.The method may find application in the field of treatment of malignant tumors, i.e. chemotherapy treatment and radiation treatment. Characteristic disadvantages of radio and chemotherapy are: toxicity, significant side effects, low tumor specificity. The effectiveness of the action of radiosensitization can be achieved: either by reducing the intrinsic radioprotective capabilities of the cells (reducing the intracellular level of glutathione), or by suppressing the repair from radiation damage (repair inhibitors), or by creating unfavorable culturing conditions for the irradiated objects.

В качестве радиосенсибилизаторов часто используются антиметаболиты - вещества, структурно близкие к физиологическим метаболитам и вследствие этого способные конкурировать с ними в различных биохимических процессах. Важным фактором радиосенсибилизации является регуляция клеточной пролиферации. Клетки, находящиеся в различных фазах клеточного цикла, проявляют различную радиочувствительность. Меньшую радиочувствительность проявляют клетки в S-фазе, большую - в G2/М фазах и G1фазе.Antimetabolites are often used as radiosensitizers - substances structurally close to physiological metabolites and, as a result, capable of competing with them in various biochemical processes. An important factor in radiosensitization is the regulation of cell proliferation. Cells in different phases of the cell cycle exhibit different radiosensitivity. Cells exhibit less radiosensitivity in the S phase, and greater in the G2 / M phases and G1 phase.

В медицинской практике широко используется в качестве радиосенсибилизатора опухолевых клеток 5-фторурацил, который влияет на процессы синтеза ДНК и блокирует клетки в S-фазе. Показано, что 5-фторурацил действует преимущественно на клетки пролиферативного пула: П.Ю. Поляков и др. Вопросы онкологии, 1997, №5, том 43, с. 487-49 [1].In medical practice, 5-fluorouracil, which affects DNA synthesis and blocks cells in the S phase, is widely used as a radiosensitizer of tumor cells. It has been shown that 5-fluorouracil acts mainly on cells of the proliferative pool: P.Yu. Polyakov et al. Questions of Oncology, 1997, No. 5, Volume 43, p. 487-49 [1].

Известен способ радиосенсибилизации опухолевых клеток с использованием цисплатины после проведения лучевой терапии: патент РФ 2211716 [2]. Цисплатин относится к платиносодержащим препаратам, блокируют клетки в S-фазе синтеза ДНК. Согласно описанию патента способ позволяет снизить частоту общих и местных лучевых реакций, лучевых повреждений здоровых тканей.A known method of radiosensitization of tumor cells using cisplatin after radiation therapy: RF patent 2211716 [2]. Cisplatin refers to platinum-containing drugs that block cells in the S-phase of DNA synthesis. According to the description of the patent, the method allows to reduce the frequency of general and local radiation reactions, radiation injuries of healthy tissues.

Известно сочетанное использование 5-фторурацила и платиносодержащих препаратов (цисплатин, платидиам, платан) в качестве радиосенсибилизатора опухолевых клеток. Здесь радиосенсибилизация опухолевых клеток осуществляется за счет блокировки клеток в S-фазе синтеза ДНК. Патент RU №2088288 [3].The combined use of 5-fluorouracil and platinum-containing preparations (cisplatin, platidiam, plane tree) as a radiosensitizer of tumor cells is known. Here, the radiosensitization of tumor cells is carried out by blocking cells in the S phase of DNA synthesis. Patent RU No. 2088288 [3].

Недостатком этих способов радиосенсибилизации, которые влияют на процессы синтеза ДНК и блокирует клетки в S-фазе, является слабая избирательность действия в отношении опухолевых клеток поскольку одновременно с ними сенсибилизируются и делящиеся клетки нормальных тканей.The disadvantage of these methods of radiosensitization, which affect the processes of DNA synthesis and blocks cells in the S-phase, is the low selectivity of action against tumor cells, since dividing cells of normal tissues are also sensitized.

Известно также, что повышенная зависимость опухолевых клеток от глюкозы (в силу их метаболической особенности) предполагает, что нгибиторы гликолизы обладают противоопухолевой активностью: Dalirfardouei R. et al. Life Science, 2016; 152: 21-29 [4]. Показано, что 2-DG значительно усиливает радиационные повреждения в клетках с высокой скоростью включения глюкозы и гликолиза: Mesbahi A, et al. Breast. 2017; 33:97-103 [5]. Известно, что 2-deoxy-D-glucose (2-DG) селективно усиливает радиационно-индуцированные повреждения в опухолевых клетках, не повреждая нормальные клетки: Farooque A1 et al., J. Cancer Res Ther. 2009 Sep; 5 Suppl 1:S32-5 [6].It is also known that the increased dependence of tumor cells on glucose (due to their metabolic features) suggests that glycolysis inhibitors have antitumor activity: R. Dalirfardouei et al. Life Science, 2016; 152: 21-29 [4]. It has been shown that 2-DG significantly enhances radiation damage in cells with a high rate of glucose incorporation and glycolysis: Mesbahi A, et al. Breast. 2017; 33: 97-103 [5]. It is known that 2-deoxy-D-glucose (2-DG) selectively enhances radiation-induced damage to tumor cells without damaging normal cells: Farooque A1 et al., J. Cancer Res Ther. 2009 Sep; 5 Suppl 1: S32-5 [6].

Известен способ радиосенсибилизации опухолевых клеток с комбинацией 2DG (как ингибитора гликолиза) и ионизирующего излучения в большей степени ингибирует рост опухоли и выживаемость мышей, чем раздельное воздействие этих агентов: Coleman MC1, Asbury CR, et al. Free Radic Biol Med. 2008 .44(3):322-31, [7].A known method of radiosensitization of tumor cells with a combination of 2DG (as an inhibitor of glycolysis) and ionizing radiation more inhibits tumor growth and survival of mice than the separate effects of these agents: Coleman MC1, Asbury CR, et al. Free Radic Biol Med. 2008 .44 (3): 322-31, [7].

Известно также, что 2-DG блокирует пролиферации клеток в фазе G2/M: Гильяно Н.Я. Бондарев и др. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2014. т. 58. №4, с. 78-85 [8].It is also known that 2-DG blocks cell proliferation in the G2 / M phase: Guillano N.Ya. Bondarev et al. Pathological physiology and experimental therapy. 2014.V. 58. No. 4, p. 78-85 [8].

Известен способ радиосенсибилизации опухолевых клеток, содержащий обработку клеток доксорубицином (антибиотиком, обладающим противоопухолевой активностью), и 2DG - ингибитором гликолиза, который блокирует клеточную пролиферацию в фазе G2/M, в комбинации с ионизирующим излучением. В работе показано усиление действия облучения в 1.14 и 1.16 раза: Islamian JP., Asian Рас J Cancer Prev. 2015; 16(18):8431-8. [9].A known method of radiosensitization of tumor cells, comprising treating the cells with doxorubicin (an antibiotic with antitumor activity), and 2DG - a glycolysis inhibitor that blocks cell proliferation in the G2 / M phase, in combination with ionizing radiation. The work shows an increase in the action of radiation in 1.14 and 1.16 times: Islamian JP., Asian Ras J Cancer Prev. 2015; 16 (18): 8431-8. [nine].

Таким образом, выше приведенные способы основаны на одинаковом механизме воздействия на клетки: блокирование пролиферации в радиочувствительной G2/M фазе клеточного цикла и применение ингибиторов гликолиза. Однако эффективность радиосенсибилизации несущественна и находится в пределах статистической погрешности при дозиметрической оценке дозы облучения и может объясняться вариабельностью в чувствительности опухолевых клеточных линий. Возможно, это объясняется тем, что и ионизирующее излучение и 2DG блокируют пролиферацию в G2/M фазах клеточного цикла, и что цитостатический эффект от 2DG нивелируется большим цитостатическим эффектом гамма излучения.Thus, the above methods are based on the same mechanism of action on cells: blocking proliferation in the radiosensitive G2 / M phase of the cell cycle and the use of glycolysis inhibitors. However, the effectiveness of radiosensitization is insignificant and is within the statistical error in the dosimetric assessment of the radiation dose and can be explained by the variability in the sensitivity of tumor cell lines. Perhaps this is due to the fact that both ionizing radiation and 2DG block proliferation in the G2 / M phases of the cell cycle, and that the cytostatic effect of 2DG is offset by the large cytostatic effect of gamma radiation.

Технический эффект заявляемого изобретения заключается в повышении радиосенсибилизации и направленной селективности воздействия на опухолевые клетки без влияния на неопухолевые клетки.The technical effect of the claimed invention is to increase radiosensitization and directed selectivity of action on tumor cells without affecting non-tumor cells.

Задача заключается в том, чтобы найти способ, обеспечивающий радиосенсибилизацию за счет направленного ингибирования клеточного метаболизма опухолевых клеток и блокирования клеточной пролиферации в фазе клеточного цикла, не совпадающей с радиационным блокированием пролиферации гамма излучением.The task is to find a method that provides radiosensitization due to directed inhibition of tumor cell metabolism and block cell proliferation in the cell cycle phase, which does not coincide with radiation blocking of gamma radiation proliferation.

Технический эффект достигается тем, что предложен способ радиосенсибилизации опухолевых клеток, заключающийся в воздействии на опухолевую клетку веществом, являющимся ингибитором гликолиза и одновременно блокирующий клеточную пролиферацию, где новым является то, что в качестве вещества, блокирующего клеточную пролиферацию, использован в нетоксичных концентрациях глюкозамин D гидрохлорид, который блокирует клеточную пролиферацию в радиочувствительной G1 фазе клеточного цикла, не совпадающей с радиационным блокированием пролиферации гамма излучением.The technical effect is achieved by the fact that the proposed method of radiosensitization of tumor cells, which consists in exposing the tumor cell to a substance that is an inhibitor of glycolysis and at the same time blocking cell proliferation, where it is new that glucosamine D hydrochloride is used in a substance that blocks cell proliferation , which blocks cell proliferation in the radiosensitive G1 phase of the cell cycle, which does not coincide with radiation blocking proliferation of gamma radiation.

Известно, что глюкозамин D также как и 2DG, ингибирует гликолиз, снижая активность гексокиназы. Известно, что D-глюкозамин токсичен для нескольких малигнантных клеточных линий и in vivo опухолей при концентрациях, имеющих малый эффект на нормальные клетки: Zhang L, Liu W-S, Han B-Q, et al. Antitumor activities of D-glucosamine and its derivatives. Journal of Zhejiang University SCIENCE B. 2006; 7:608-614 [10]. Исследования молекулярных механизмов противоопухолевой активности низких концентраций глюкозамина D выявили изменения в активности генов, ответственных за выживаемость и пролиферацию опухолевых клеток, в частности, подавление гена STAT3 стимулирующего пролиферацию и выживаемость опухолевых клеток: Chesnokov V1, Sun С, Itakura K. Glucosamine suppresses proliferation of human prostate carcinoma DU145 cells through inhibition of STAT3 signaling. Cancer Cell Int. 2009 Sep 10; 9:25 [11].It is known that glucosamine D, as well as 2DG, inhibits glycolysis, reducing the activity of hexokinase. D-glucosamine is known to be toxic to several malignant cell lines and in vivo tumors at concentrations having little effect on normal cells: Zhang L, Liu W-S, Han B-Q, et al. Antitumor activities of D-glucosamine and its derivatives. Journal of Zhejiang University SCIENCE B. 2006; 7: 608-614 [10]. Studies of the molecular mechanisms of the antitumor activity of low glucosamine D concentrations have revealed changes in the activity of genes responsible for the survival and proliferation of tumor cells, in particular, the suppression of the STAT3 gene that stimulates the proliferation and survival of tumor cells: Chesnokov V1, Sun C, Itakura K. Glucosamine suppresses proliferation of human prostate carcinoma DU145 cells through inhibition of STAT3 signaling. Cancer Cell Int. 2009 Sep 10; 9:25 [11].

Однако влияние нетоксичных концентраций глюкозамина D гидрохлорида на повышение радиосенсибилизации опухолевых клеток и направленной селективности воздействия его (глюкозамина) на опухолевые клетки не известно.However, the effect of non-toxic concentrations of glucosamine D hydrochloride on the increase in the radiosensitization of tumor cells and the targeted selectivity of its effect (glucosamine) on tumor cells is not known.

Авторы изобретения экспериментально обнаружили, направленное повышение селективной радиосенсибилизации опухолевых клеток без повреждения неопухолевых клеток нетоксичными концентрациями ингибитора гликолиза глюкозамином D гидрохлоридом.The inventors experimentally discovered a targeted increase in the selective radiosensitization of tumor cells without damaging non-tumor cells with non-toxic concentrations of the glycolysis inhibitor glucosamine D hydrochloride.

Суть изобретения основана на том, что глюкозамин D гидрохлорид, который ингибирует гликолиз - основной энергетический путь получения АТФ опухолевыми клетками, что влияет на энергозависимые репарационные процессы радиационно-индуцированных повреждений и приводит к апоптотической гибели опухолевых клеток. Поскольку неопухолевые клетки получают АТФ через окислительное форфорилирование, то обработка их ингибиторами гликолиза практически не меняет уровень радиационно-индуцированной клеточной гибели. В результате возникает возможность повышения эффекта ионизирующих излучений без увеличения дозы облучения.The essence of the invention is based on the fact that glucosamine D hydrochloride, which inhibits glycolysis, is the main energy pathway for ATP production by tumor cells, which affects the energy-dependent repair processes of radiation-induced damage and leads to apoptotic death of tumor cells. Since non-tumor cells receive ATP through oxidative forforylation, treatment with glycolysis inhibitors does not practically change the level of radiation-induced cell death. As a result, it becomes possible to increase the effect of ionizing radiation without increasing the radiation dose.

Для пояснения сущности изобретения представлены следующие графические материалы.To clarify the invention, the following graphic materials.

На фиг. 1 представлены результаты экспериментов по исследованию влияния 24 часовой обработки клеток глюкозамином D на прогрессию клеток по циклу (распределение клеток по фазам клеточного цикла).In FIG. Figure 1 presents the results of experiments to study the effect of 24-hour cell treatment with glucosamine D on the cell progression in a cycle (distribution of cells by phase of the cell cycle).

На фиг. 2 представлены гистограммы одного из трех экспериментов по оценке влияния гамма лучей, испускаемых при распаде кобальта 60 на изменения в распределении клеток по содержанию ДНК (по фазам клеточного цикла) в исследуемых клеточных линиях через 24 часа после облучения.In FIG. Figure 2 shows histograms of one of three experiments evaluating the effect of gamma rays emitted during cobalt 60 decay on changes in the distribution of cells by DNA content (by the phases of the cell cycle) in the studied cell lines 24 hours after irradiation.

На фиг. 3 представлены результаты цитометрического анализа состава клеточной популяции через 48 часов после облучения в опухолевых клетках HeLa G63, Hep G2 и эндотелиальных клетках ECV 304In FIG. Figure 3 presents the results of a cytometric analysis of the composition of the cell population 48 hours after irradiation in tumor cells HeLa G63, Hep G2 and endothelial cells ECV 304

На фиг. 4 представлены результаты экспериментов по оценке уровня клеток с содержанием ДНК <2с (апоптотически гибнущих клеток) после раздельной и сочетанной обработки клеток 10mM глюкозамина D и 7Гр гамма-лучами Со60.In FIG. Figure 4 presents the results of experiments to assess the level of cells with DNA content <2s (apoptotic dying cells) after separate and combined treatment of 10mM glucosamine D and 7Gy cells with Co60 gamma rays.

На фиг. 5 (а, б) представлен морфологический анализ состава клеточной популяции через 48 часов после облучения в опухолевых клетках HeLa G63 (5, а); в эндотелиальных клетках ECV 304(5, б).In FIG. 5 (a, b) presents a morphological analysis of the composition of the cell population 48 hours after irradiation in HeLa G63 tumor cells (5, a); in endothelial cells ECV 304 (5, b).

Примеры конкретной реализации способаExamples of specific implementation of the method

Способ был проверен на клетках эпителиоидной карциномы шейки матки линия HeLa G 63, гепатокарциномы линия Hep G2 и эндотелиальные клетки человека линия ECV 304. Данные клетки обрабатывались ингибитором гликолиза глюкозамином D в нетоксических концентрациях 3 и 10 мМ гидрохлоридом и затем облучали гамма лучами кобальта-60 в дозе 7Гр и через 24 и/или 48 часов проводили цитометрический и морфологический анализ состава клеточной популяции.The method was tested on cervical epithelioid carcinoma cells of the HeLa G 63 line, Hep G2 hepatocarcinomas and human endothelial cells of the ECV 304 line. These cells were treated with a glycosylation inhibitor glucosamine D at non-toxic concentrations of 3 and 10 mM hydrochloride and then irradiated with gamma rays of cobalt-60 b at a dose of 7Gy and after 24 and / or 48 hours, a cytometric and morphological analysis of the composition of the cell population was performed.

Клеточные линии культивируются в среде Игла (фирма «Биолот») с дополнением 10% сыворотки крупного рогатого скота (фирма «Биолот») и 100 ед./мл пенициллина-стрептомицина (Gibco BRL) при 37°С. Клетки выращивали в пенициллиновых флаконах с покровными стеклами, что позволило одновременно проводить морфологический и цитометрический анализ одной и той же популяции клеток.Cell lines are cultured in the Eagle medium (Biolot company) with the addition of 10% cattle serum (Biolot company) and 100 units / ml penicillin-streptomycin (Gibco BRL) at 37 ° C. Cells were grown in penicillin vials with coverslips, which allowed for simultaneous morphological and cytometric analysis of the same cell population.

В качестве радиосенсибилизатора использован глюкозамин гидрохлорид (глюкозамин HCl), который нетоксичен, стабилен, обладает высокой гидрофильностью.As a radiosensitizer, glucosamine hydrochloride (glucosamine HCl) is used, which is non-toxic, stable, and highly hydrophilic.

Облучение клеток гамма-лучами Со 60 проводили на установке «Исследователь» ПИЯФ им. Б.П. Константинова. Мощность дозы 7Гр/мин.The irradiation of cells with Co 60 gamma rays was carried out at the Researcher PNPI named after B.P. Konstantinova. Dose rate 7Gy / min.

Из представленных результатов (фиг. 1) 24 часовая обработка клеток глюкозамином D приводит к блокированию прогрессии по циклу и аккумуляции клеток в G1 фазе клеточного цикла вне зависимости от типа клеток.From the presented results (Fig. 1), 24-hour treatment of cells with glucosamine D leads to blocking the progression of the cycle and accumulation of cells in the G1 phase of the cell cycle, regardless of the type of cell.

Последующее облучение гамма лучами проводилось на синхронизированной в G1 фазе популяции клеток, что позволяет снизить вариации в клеточном ответе, обусловленные различной радиочувствительностью фаз клеточного цикла.Subsequent irradiation with gamma rays was carried out on a cell population synchronized in G1 phase, which allows to reduce variations in the cellular response due to different radiosensitivity of the phases of the cell cycle.

На фиг. 2 представлены гистограммы одного из трех экспериментов по оценке влияния гамма лучей, испускаемых при распаде кобальта 60 на изменения в распределении клеток по содержанию ДНК через 24 часа после облучения. На гистограммах, также, приведены средние значения этого распределения по 3 независимым экспериментам для клеток линии Hep G2, и по 5-ти независимым экспериментам для клеток HeLa G63 и ECV 304. Из гистограмм видно, что облучение клеток гамма-лучами 60 Go в дозе 7 Гр приводило к аккумуляции клеток в G2/M (4с = 75-88%) клеточного цикла вне зависимости от типа клеток. При этом доля клеток с содержанием ДНК меньше чем 2с (апоптотически гибнущих) увеличивалась незначительно при фиксации клеток через 24 часов после облучения, что может свидетельствовать о том, что этого времени недостаточно для реализации программы радиационно-индуцированного апоптоза. Очевидно, селективная направленность в отношении опухолевых клеток (HeLa, и Hep G2) отсутствует при раздельной обработке глюкозамином (в нетоксичной концентрации) и гамма-облучением при фиксации через 24 часа после обработки. При увеличение временного интервала до 48 часов реализация радиационно-индуцированных повреждений в опухолевых клетках HeLa G63 и в эндотелиальных клетках ECV 304 идет по-разному, На клетках карциномы мы видим фрагментирование ядерного материала, характерное для апоптотической гибели, а в клетках ECV 304 регистрируется образование микроядер, которые, как правило, образуются из-за потери генетического материала во время митоза (фиг. 3 и фиг. 5а, 5б).In FIG. Figure 2 shows histograms of one of three experiments evaluating the effect of gamma rays emitted during cobalt 60 decay on changes in the distribution of cells by DNA content 24 hours after irradiation. The histograms also show the average values of this distribution for 3 independent experiments for Hep G2 cells, and for 5 independent experiments for HeLa G63 and ECV 304 cells. From the histograms it is seen that irradiation of cells with 60 Go gamma rays at a dose of 7 Gy led to the accumulation of cells in the G2 / M (4c = 75-88%) cell cycle, regardless of the type of cell. At the same time, the proportion of cells with a DNA content of less than 2 s (apoptotically dying) increased slightly during cell fixation 24 hours after irradiation, which may indicate that this time is insufficient for the implementation of the radiation-induced apoptosis program. Obviously, the selective focus on tumor cells (HeLa, and Hep G2) is absent during separate treatment with glucosamine (in a non-toxic concentration) and gamma radiation during fixation 24 hours after treatment. With an increase in the time interval to 48 hours, the implementation of radiation-induced injuries in HeLa G63 tumor cells and in ECV 304 endothelial cells proceeds differently. On carcinoma cells, we see fragmentation of nuclear material characteristic of apoptotic death, and micronucleus formation is recorded in ECV 304 cells , which, as a rule, are formed due to the loss of genetic material during mitosis (Fig. 3 and Fig. 5a, 5b).

На фиг. 4 представлены результаты экспериментов по оценке уровня клеток с содержанием ДНК <2с (апоптотически гибнущих клеток) после раздельной и сочетанной обработки клеток глюкозамином и 7Гр гамма-лучами Со60. Из диаграмм видно, что чувствительность клеток исследуемых линий к ионизирующему излучению не сильно различается, находится в пределах доверительных интервалов. К данной (10 мМ) концентрации глюкозамина чувствительность клеток карциномы (и HeLa, и Hep G2) выше, чем чувствительность эндотелиальных клеток ECV 304, но не столь значительно как при сочетанном воздействии. Сочетанное воздействие глюкозамина и гамма-лучей демонстрирует существенные различия между клетками карциномы и эндотелиоцитами. Предрадиационная инкубация клеток HeLa G63 с глюкозамином приводила к существенному увеличению доли клеток с содержанием ДНК <2с (в 7 раз по сравнению с облучением без глюкозамина и в 3 раза по сравнению с глюкозамином без облучения).In FIG. Figure 4 presents the results of experiments to assess the level of cells with DNA content <2s (apoptotic dying cells) after separate and combined treatment of cells with glucosamine and 7Gy Co60 gamma rays. It can be seen from the diagrams that the sensitivity of the cells of the studied lines to ionizing radiation does not differ much, it is within confidence intervals. To this glucosamine concentration (10 mM), the sensitivity of carcinoma cells (both HeLa and Hep G2) is higher than the sensitivity of ECV 304 endothelial cells, but not as significantly as with combined exposure. The combined effects of glucosamine and gamma rays show significant differences between carcinoma cells and endotheliocytes. Preradiation incubation of HeLa G63 cells with glucosamine led to a significant increase in the proportion of cells with DNA content <2s (7 times compared with irradiation without glucosamine and 3 times compared with glucosamine without irradiation).

Для клеток линии Hep G2 предрадиационная инкубация с глюкозамином привела к увеличению доли клеток с содержанием ДНК <2с вдвое (24.6+3.8%) по сравнению с глюкозамином (10.3+1.9%) и втрое по сравнению облучением (7.6+0.5%).For Hep G2 cells, pre-radiation incubation with glucosamine led to an increase in the proportion of cells with DNA content <2s doubled (24.6 + 3.8%) compared with glucosamine (10.3 + 1.9%) and tripled compared with irradiation (7.6 + 0.5%).

В отличие от клеток HeLa G63 и Hep G2 предрадиационная инкубация клеток ECV 304 (неопухолевых клеток) с глюкозамином существенно не изменила распределения клеток по фазам цикла. Популяция клеток с содержанием ДНК <2с отличалось от необработанного контроля (1.4+0.9%) и 5.2+0.4% (облучение с глюкозамином), но практически не отличалось от раздельной обработки глюкозамином (5,0+3.2%) и облучением (4.4+1.9%).Unlike HeLa G63 and Hep G2 cells, pre-radiation incubation of ECV 304 cells (non-tumor cells) with glucosamine did not significantly change the distribution of cell phases. The population of cells with DNA content <2 s differed from the untreated control (1.4 + 0.9%) and 5.2 + 0.4% (irradiation with glucosamine), but practically did not differ from separate treatment with glucosamine (5.0 + 3.2%) and irradiation (4.4 + 1.9 %).

Доказано, что индуцированная глюкозамином радиосенсибилизации имеет селективную направленность в отношении опухолевых клеточных линий гепатокарциномы (Hep G2) и карциномы шейки матки(HeLa G63), и не влияет на чувствительность неопухолевых клеток линии ECV 304. Поскольку проявление эффекта регистрируется не сразу, а через 48 часов и позже, по очевидно, что глюкозамин D ингибирует энергетически (АТФ) зависимые пострадиационные процессы репарации ДНК, избирательно усиливает радиационное повреждение только опухолевых клеток.It has been proved that glucosamine-induced radiosensitization has a selective focus on hepatocarcinoma tumor cell lines (Hep G2) and cervical carcinoma (HeLa G63), and does not affect the sensitivity of non-tumor ECV 304 cells. Since the manifestation of the effect is not detected immediately, but after 48 hours and later, it is obvious that glucosamine D inhibits the energy (ATP) dependent post-radiation processes of DNA repair, selectively enhances the radiation damage of only tumor cells.

Приведенные данные подтверждены экспериментами на клетках эпителиоидной карциномы шейки матки линия HeLa G 63, гепатокарциномы линия Hep G2 и эндотелиальные клетки человека линия ECV 304. Показано, что обработка клеток нетоксичными концентрациями ингибитором гликолиза глюкозамином D гидрохлоридом, нарушает прогрессию по циклу, синхронизируя клетки в радиочувствительной точке клеточного цикла в G1 фазе, что приводит к увеличению апоптотической гибели опухолевых клеток. Значительное увеличение апоптоза регистрируется в клетках HeLa G 63 и Hep G2 при сочетанном воздействии глюкозамином и гамма-лучами по сравнению с раздельным воздействием каждого из них, в отличие от ECV 304 клеток.The data presented are confirmed by experiments on cells of the cervical epithelioid carcinoma HeLa G 63 line, hepatocarcinomas Hep G2 line and human endothelial cells line ECV 304. It was shown that treatment of cells with non-toxic concentrations of glycosylation inhibitor glucosamine D hydrochloride disrupts the progression of the cycle by synchronizing cells to cell cycle in the G1 phase, which leads to an increase in apoptotic death of tumor cells. A significant increase in apoptosis is recorded in HeLa G 63 and Hep G2 cells when combined with glucosamine and gamma rays compared to the separate exposure of each of them, in contrast to ECV 304 cells.

ЛитератураLiterature

1. П.Ю. Поляков и др. Нетрадиционные подходы к лучевому лечению онкологических больных. Вопросы онкологии, 1997, №5, том 43, с. 487-49.1. P.Yu. Polyakov et al. Non-traditional approaches to radiation treatment of cancer patients. Questions of Oncology, 1997, No. 5, Volume 43, p. 487-49.

2. Патент РФ №2211716.2. RF patent No. 2211716.

3. Патент RU №2088288.3. Patent RU No. 2088288.

4. Dalirfardouei R., Rfrimi G., Jamialahmadi K. Molecular mechanisms and biomedical applications of glucosamine as a potential multifunctional therapeutic agent. Life Science, 2016; 152: 21-29.4. Dalirfardouei R., Rfrimi G., Jamialahmadi K. Molecular mechanisms and biomedical applications of glucosamine as a potential multifunctional therapeutic agent. Life Science, 2016; 152: 21-29.

5. Rashidi MR, Mesbahi A, Mohammadzadeh M et al. Targeted superparamagnetic nanoparticles coated with 2-deoxy-d-gloucose and doxorubicin more sensitize breast cancer cells to ionizing radiation Breast. 2017; 33:97-103.5. Rashidi MR, Mesbahi A, Mohammadzadeh M et al. Targeted superparamagnetic nanoparticles coated with 2-deoxy-d-gloucose and doxorubicin more sensitize breast cancer cells to ionizing radiation Breast. 2017; 33: 97-103.

6. Farooque A1, Afrin F, Adhikari JS, Dwarakanath BS. Protection of normal cells and tissues during radio- and chemosensitization of tumors by 2-deoxy-D-glucose. J Cancer Res Ther. 2009 Sep; 5 Suppl 1: S32-5.6. Farooque A1, Afrin F, Adhikari JS, Dwarakanath BS. Protection of normal cells and tissues during radio- and chemosensitization of tumors by 2-deoxy-D-glucose. J Cancer Res Ther. 2009 Sep; 5 Suppl 1: S32-5.

7. Coleman MC1, Asbury CR, Daniels D, et al. 2-deoxy-D-glucose causes cytotoxicity, oxidative stress, and radiosensitization in pancreatic cancer. Free Radic Biol Med. 2008. 44(3):322-31.7. Coleman MC1, Asbury CR, Daniels D, et al. 2-deoxy-D-glucose causes cytotoxicity, oxidative stress, and radiosensitization in pancreatic cancer. Free Radic Biol Med. 2008.44 (3): 322-31.

8. Гильяно Н.Я., Бондарев Г.Н., Коневега Л.В., Носкин Л.А., Журишкина У.В., Алчинова И.Б. Возможные механизмы селективного действия ингибиторов гликолиза на эндотелиоциты и клетки карциномы человека. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2014. т. 58. №4, с. 78-85.8. Gigliano N.Ya., Bondarev G.N., Konevega L.V., Noskin L.A., Zhurishkina U.V., Alchinova I.B. Possible mechanisms for the selective action of glycolysis inhibitors on endotheliocytes and human carcinoma cells. Pathological physiology and experimental therapy. 2014.V. 58. No. 4, p. 78-85.

9. Islamian JP, Aghaee F, Farajollahi A, et al. Combined Treatment with 2-Deoxy-D-Glucose and Doxorubicin Enhances the in Vitro Efficiency of Breast Cancer Radiotherapy. Asian Рас J Cancer Prev. 2015; 16(18):8431-8.9. Islamian JP, Aghaee F, Farajollahi A, et al. Combined Treatment with 2-Deoxy-D-Glucose and Doxorubicin Enhances the in Vitro Efficiency of Breast Cancer Radiotherapy. Asian Ras J Cancer Prev. 2015; 16 (18): 8431-8.

10. Zhang L, Liu W-S, Han B-Q, et al. Antitumor activities of D-glucosamine and its derivatives. Journal of Zhejiang University SCIENCE B. 2006; 7:608-614.10. Zhang L, Liu W-S, Han B-Q, et al. Antitumor activities of D-glucosamine and its derivatives. Journal of Zhejiang University SCIENCE B. 2006; 7: 608-614.

11. Chesnokov V1, Sun C, Itakura K. Glucosamine suppresses proliferation of human prostate carcinoma DU145 cells through inhibition of STAT3 signaling. Cancer Cell Int. 2009, Sep 10; 9:25.11. Chesnokov V1, Sun C, Itakura K. Glucosamine suppresses proliferation of human prostate carcinoma DU145 cells through inhibition of STAT3 signaling. Cancer Cell Int. 2009, Sep 10; 9:25 a.m.

Claims (1)

Способ радиосенсибилизации опухолевых клеток, заключающийся в воздействии на опухолевую клетку веществом, являющимся ингибитором гликолиза и одновременно, блокирующем клеточную пролиферацию, отличающийся тем, что в качестве вещества, блокирующего клеточную пролиферацию, использован глюкозамин D гидрохлорид в концентрации 10 мМ.The method of radiosensitization of tumor cells, which consists in exposing the tumor cell to a substance that is an inhibitor of glycolysis and at the same time blocking cell proliferation, characterized in that glucosamine D hydrochloride at a concentration of 10 mM is used as a substance that blocks cell proliferation.
RU2019117919A 2019-06-07 2019-06-07 Method of tumour cells radiosensitization RU2723393C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019117919A RU2723393C1 (en) 2019-06-07 2019-06-07 Method of tumour cells radiosensitization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019117919A RU2723393C1 (en) 2019-06-07 2019-06-07 Method of tumour cells radiosensitization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2723393C1 true RU2723393C1 (en) 2020-06-11

Family

ID=71095788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019117919A RU2723393C1 (en) 2019-06-07 2019-06-07 Method of tumour cells radiosensitization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2723393C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1826184A1 (en) * 1990-07-20 1998-06-27 Ленинградский государственный институт усовершенствования врачей им. С.М.Кирова Radiosensibilizing preparation for combined treatment of oncological diseases
RU2145217C1 (en) * 1996-07-31 2000-02-10 Вагнер Олег Ефимович Method of tumor radiosensibilization
KR20070120015A (en) * 2006-06-16 2007-12-21 국립암센터 A cancer sensitizer comprising glucosamine, glucosamine derivatives or salts thereof
WO2016079331A1 (en) * 2014-11-21 2016-05-26 Technical University Of Denmark Gel formulations for enhancing the effect of radiotherapy

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1826184A1 (en) * 1990-07-20 1998-06-27 Ленинградский государственный институт усовершенствования врачей им. С.М.Кирова Radiosensibilizing preparation for combined treatment of oncological diseases
RU2145217C1 (en) * 1996-07-31 2000-02-10 Вагнер Олег Ефимович Method of tumor radiosensibilization
KR20070120015A (en) * 2006-06-16 2007-12-21 국립암센터 A cancer sensitizer comprising glucosamine, glucosamine derivatives or salts thereof
CA2663398C (en) * 2006-06-16 2012-01-31 National Cancer Center A cancer sensitizer comprising glucosamine, glucosamine derivatives or salts thereof
WO2016079331A1 (en) * 2014-11-21 2016-05-26 Technical University Of Denmark Gel formulations for enhancing the effect of radiotherapy

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MILEO AM, MATTEI E, FANUELE M, DELPINO A, FERRINI U. Differential radiosensitivity in cultured B-16 melanoma cells following interrupted melanogenesis induced by glucosamine.Pigment Cell Res. 1989 May-Jun; 2(3):167-70. *
PARK JY, PARK JW, SUH SI, BAEK WK D-Glucosamine down-regulates HIF-1α through inhibition of protein translation in DU145 prostate cancer cells. Biochem Biophys Res Commun., 2009 Apr 24, 382(1):96-101. doi: 10.1016/j.bbrc.2009.02.129. *
PARK JY, PARK JW, SUH SI, BAEK WK D-Glucosamine down-regulates HIF-1α through inhibition of protein translation in DU145 prostate cancer cells. Biochem Biophys Res Commun., 2009 Apr 24, 382(1):96-101. doi: 10.1016/j.bbrc.2009.02.129. MILEO AM, MATTEI E, FANUELE M, DELPINO A, FERRINI U. Differential radiosensitivity in cultured B-16 melanoma cells following interrupted melanogenesis induced by glucosamine.Pigment Cell Res. 1989 May-Jun; 2(3):167-70. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Effects of ultra-high doserate FLASH irradiation on the tumor microenvironment in lewis lung carcinoma: role of myosin light chain
Colen et al. Metabolic remodeling of malignant gliomas for enhanced sensitization during radiotherapy: an in vitro study
Ito et al. Uroporphyrinogen decarboxylase is a radiosensitizing target for head and neck cancer
Belli et al. Effectiveness of monoenergetic and spread-out bragg peak carbon-ions for inactivation of various normal and tumour human cell lines
Bhardwaj et al. A combination of 2-deoxy-D-glucose and 6-aminonicotinamide induces cell cycle arrest and apoptosis selectively in irradiated human malignant cells
Zhang et al. Inhibition of Wnt signalling pathway by XAV939 enhances radiosensitivity in human cervical cancer HeLa cells
Kim et al. Metformin enhances the radiosensitivity of human liver cancer cells to γ–rays and carbon ion beams
Talik Sisin et al. Synergetic influence of bismuth oxide nanoparticles, cisplatin and baicalein-rich fraction on reactive oxygen species generation and radiosensitization effects for clinical radiotherapy beams
Yang et al. Curcumin and Glu-GNPs induce radiosensitivity against breast cancer stem-like cells
Tian et al. Radioactive 125 I seeds inhibit cell growth and epithelial-mesenchymal transition in human glioblastoma multiforme via a ROS-mediated signaling pathway
Ushijima et al. Radio-sensitization effect of an mTOR inhibitor, temsirolimus, on lung adenocarcinoma A549 cells under normoxic and hypoxic conditions
Chew et al. Radiation, a two-edged sword: From untoward effects to fractionated radiotherapy
Kanavi et al. Gamma irradiation of ocular melanoma and lymphoma cells in the presence of gold nanoparticles: in vitro study
Bemidinezhad et al. Gold-containing liposomes and glucose-coated gold nanoparticles enhances the radiosensitivity of B16F0 melanoma cells via increasing apoptosis and ROS production
RU2723393C1 (en) Method of tumour cells radiosensitization
Shen et al. Effects of gemcitabine on radiosensitization, apoptosis, and Bcl-2 and Bax protein expression in human pancreatic cancer xenografts in nude mice
Perry et al. Thulium oxide nanoparticles as radioenhancers for the treatment of metastatic cutaneous squamous cell carcinoma
Sridhar et al. Hyperthermic potentiation of cytotoxicity of Ro-07-0582 in multicell spheroids
Zhang et al. Suppression of endogenous hydrogen sulfide contributes to the radiation-induced bystander effects on hypoxic HepG2 cells
Kreder et al. Effects of gemcitabine on cell survival and chromosome aberrations after pulsed low dose-rate irradiation
Zhang et al. Radiosensitizing effect of deferoxamine on human glioma cells
Mosleh-Shirazi et al. Intra-fractional dose rate effect in continuous and interrupted irradiation of the MCF-7 cell line: Possible radiobiological implications for breath-hold techniques in breast radiotherapy?
Malkinson Some principles of radiobiology: a selective review
RU2774032C1 (en) Method for increasing the effectiveness of ionizing radiation on melanoma
US20070184057A1 (en) Use of weak stressors to enhance the effectiveness of ionizing radiation and other treatments of disease