Действие химиотерапевтических препаратов на опухолевые

ДЕЙСТВИЕ ХИМИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА
ОПУХОЛЕВЫЕ КЛЕТКИ В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
Александрова Е.Н., Сергеева О.П., Жаврид Э.А.,
Истомин Ю.П., Петрович С.В.
ГУ НИИО и МР им. Н.Н. Александрова, г. Минск, Беларусь
Ключевые слова: гипертермия, химиотерапия, клетки HeLa, коэффициент
температурного усиления.
Изучено влияние повышенной температуры (42oC в течение 60 минут) на
эффективность противоопухолевого действия in vitro 9 химиотерапевтических
препаратов: циклофосфамида, доксорубицина, винорельбина, карбоплатина,
ифосфамида,
этопозида,
оксалиплатина,
доцетаксела
и
гемцитабина.
Установлено, что гипертермия сама по себе незначительно уменьшает рост
культуры
опухолевых
клеток
HeLa.
При
сочетании
с
гипертермией
наблюдалось усиление более чем в 4 раза цитостатического эффекта
винорельбина, карбоплатина, ифосфамида, оксалиплатина и более чем в 2 раза
– доксорубицина и гемцитабина. Цитотоксическое действие в условиях
повышенной температуры возрастало только при сочетании с гипертермией
винорельбина,
карбоплатина,
оксалиплатина
и
доцетаксела,
при
этом
коэффициент температурного усиления не превышал 1,4.
ACTION OF CHEMOTHERAPEUTICAL DRUGS ON TUMOR CELLS AT
ELEVATED TEMPERATURE
Alexandrova E.N., Sergeyeva O.P., Zhavrid E.A., Istomin Yu. Р., Petrovich S.V.
Key words: hyperthermia, chemotherapy, thermal enhancement, HeLa cells.
The influence of elevated temperature (42oC during 60 minutes) on antitumor
efficiency of 9 chemotherapeutical drugs (cyclophosphamide, doxorubicin,
vinorelbine,
carboplatin,
ifosfamide,
etoposide,
oxaliplatin,
docetaxel
and
gemcitabine) was investigated in vitro. It was established, that hyperthermia alone
does not decrease essentially the growth of HeLa tumor cell culture. Hyperthermia
combined with chemotherapy 4 times more enhanced the cytostatic effect of
2
vinorelbine, carboplatin, ifosfamide, oxaliplatin and 2 times more enhanced the
cytostatic effect of doxorubicin and gemcitabine. The strengthening of cytotoxic
action under elevated temperature was observed only for vinorelbine, carboplatin,
oxaliplatin and docetaxel, thus the thermal enhancement ratio had not exceeded 1,4.
ВВЕДЕНИЕ
Многочисленные исследования в области гипертермической онкологии
свидетельствуют о возможности повышения эффективности комбинированного
или комплексного лечения больных злокачественными новообразованиями при
использовании повышенной температуры (40–43°С при общем воздействии
и/или 42–47°С при локальном воздействии) [1-3]. Гипертермия при этом
используется
в
качестве
модификатора,
избирательно
усиливающего
чувствительность опухолевых клеток к лекарственной и/или лучевой терапии.
При комбинированном воздействии химиотерапии и гипертермии
наблюдается
усиление
химиотерапевтических
противоопухолевой
препаратов,
что
связывают
эффективности
с
улучшением
их
проникновения в опухолевые клетки через клеточные мембраны, увеличением
повреждений ДНК, денатурацией белков, а также угнетением механизмов
репарации [4].
Коэффициент температурного усиления химиотерапии зависит от вида
используемого препарата, интенсивности теплового воздействия, а также от
типа опухолевых клеток, поэтому представленные в литературе данные
достаточно противоречивы [5, 6]. К тому же, результаты in vitro и in vivo часто
различаются в силу влияния на эффективность воздействия химиотерапии и
гипертермии факторов физиологии, микроциркуляции, рН и гипоксии
опухолевой ткани. Исходя из этого, представляет интерес сравнительное
исследование в одинаковых условиях, на модели опухолевых клеток in vitro,
эффективности
действия
при
повышенной
температуре
основных
химиотерапевтических препаратов, используемых в настоящее время для
лечения злокачественных опухолей.
3
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследовали действие следующих химиотерапевтических препаратов:
циклофосфамида
доксорубицина
(циклофосфан,
(доксорубицина
ОАО
«Белмедпрепараты»,
гидрохлорид,
ОАО
Беларусь);
«Белмедпрепараты»,
Беларусь); карбоплатина (карбоплатин-ЛЭНС, «Верофарм», Россия); этопозида
(этопозид-ЛЭНС, «Верофарм», Россия); ифосфамида (холоксан, «Бакстер
Онкология ГмбХ», Германия); винорельбина (неоцитек, «Лабински С.А.»,
Буэнос-Айрес, Аргентина); оксалиплатина (элоксатин, «Санофи Винтроп
Индустрия», Франция); доцетаксела (доцетал, «Дабур Фарма Лтд.», Индия),
гемцитабина (гемзар, «Eli Lilly», США).
Монослойную культуру опухолевых клеток HeLa (карцинома шейки
матки человека), спустя 24 ч после рассева во флаконы, инкубировали в
течение 60 минут с различными концентрациями химиотерапевтических
препаратов при температуре 37oC или 42oC. Спустя 48 часов после воздействия
монослой клеток диспергировали 0,02%-ным раствором версена и проводили
подсчет числа клеток в гемоцитометре. На каждую концентрацию препарата
использовали по 3 флакона с клетками.
Оценку роста культуры опухолевых клеток в опытных группах, по
отношению к контролю, проводили по формуле:
(Noп – Nисх/Nк – Nисх)%
(1)
где Nоп и Nк – среднее число клеток в опытной и контрольной группах в
конце эксперимента,
Nисх – исходное число клеток, перед добавлением препарата.
В случае Nоп<Nисх, т.е. преобладании цитотоксического действия
препарата, гибель клеток, по отношению к исходному уровню, определяли по
формуле:
(Nоп – Nисх/Nисх)%.
(2)
Для каждого химиотерапевтического препарата определяли ИК50, ИК90 и
ЛК50 (концентрации, вызывающие ингибирование пролиферации на 50%, 90% и
4
гибель 50% клеток), а затем рассчитывали коэффициенты температурного
усиления (КТУ) в виде отношения этих показателей при температуре 37oC и
42oC.
Статистическую
обработку
полученных
результатов
проводили
с
использованием программы Origin 7.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Влияние на рост культуры опухолевых клеток HeLa исследуемых
химиотерапевтических
винорельбина,
препаратов
ифосфамида,
(циклофосфамида,
доксорубицина,
этопозида,
карбоплатина,
оксалиплатина,
доцетаксела, гемцитабина) в зависимости от их концентрации и температуры
инкубации представлено на рисунке. Полученные данные свидетельствуют о
том, что при увеличении концентрации химиотерапевтических препаратов в
питательной среде наблюдается уменьшение числа опухолевых клеток, более
выраженное при температуре 42oC, чем при 37oC. Необходимо отметить, что
само по себе гипертермическое воздействие (42oC в течение 60 минут)
несущественно влияет на рост культуры клеток, уменьшая число клеток в
среднем на 10%.
В таблице представлены показатели цитостатического (ИК50 и ИК90) и
цитотоксического
(ЛК50)
действия
исследуемых
химиотерапевтических
препаратов при 37°С и 42°С. Результаты исследования свидетельствуют о том,
что гипертермическое воздействие повышает эффективность действия на
опухолевые клетки HeLa всех исследованных препаратов, но в разной степени.
Так, по критериям ИК50 и ИК90 (торможения роста культуры клеток)
эффективность действия циклофосфамида в условиях гипертермии возросла в
1,2 раза; карбоплатина – в 4,3 и 2,3 раза; винорельбина – в 5,5 и 4,2 раза;
ифосфамида – в 4,3 и 2,3 раза; доксорубицина – в 2,8 раза; этопозида – в 1,4
раза, оксалиплатина – в 2,3 и 7,4 раза, доцетаксела – в 1,3 раза, гемцитабина – в
1,1 и 2,2 раза. Таким образом, в отношении пролиферации опухолевых клеток
5
КТУ
превысил
4,0
для
карбоплатина,
винорельбина,
ифосфамида,
оксалиплатина и превысил 2,0 для доксорубицина и гемцитабина.
По критерию ЛК50 (гибели клеток) эффективность действия карбоплатина
и оксалиплатина в условиях температуры 42оС увеличилась в 1,3 раза,
винорельбина – в 1,2 раза; доцетаксела – в 1,4 раза. Таким образом, в
отношении гибели опухолевых клеток КТУ не превысил 1,4.
Самыми эффективными химиотерапевтическими препаратами в условиях
повышенной температуры оказались карбоплатин, ифосфамид, винорельбин и
оксалиплатин. При сочетании этих препаратов с гипертермией наблюдалось
существенное усиление их цитостатического действия и увеличение их
цитотоксического действия.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты
наших
исследований
показали,
что
гипертермическое
воздействие (42oC в течение 60 минут) повышает, в той или иной степени,
эффективность действия на опухолевые клетки в HeLa всех исследованных
химиотерапевтических
препаратов.
При
этом
цитостатический
эффект
препаратов в условиях гипертермии возрастает в 1,2-5,5 раз, в то время как
коэффициент
температурного
усиления
цитотоксического
эффекта
не
превышает 1,4.
Максимальную среди исследованных химиотерапевтических препаратов
эффективность
в
условиях
гипертермического
воздействия
проявили
карбоплатин, ифосфамид, винорельбин и оксалиплатин, т.к. в условиях
повышенной
температуры
наблюдалось
существенное
усиление
их
цитостатического действия и увеличение их цитотоксического действия.
Список использованных источников
1. Fradkin, S.Z. Promising trends in the development of systemic hyperthermia
in multimodality therapy for malignant neoplasms / S.Z. Fradkin, E.A. Zhavrid, Yu.P.
Istomin // Book of Abs. 23-d Ann. Meeting of the Eur. Soc. For Hyperthermic
Oncology, Charite, Berlin, May 24-27, 2006. – Berlin, 2006. – P. 22-24.
6
2. Falk, M.H. Hyperthermia in oncology / M.H. Falk, R.D. Issels // Int. J.
Hyperthermia. – 2001. – Vol. 17, № 1. – P. 1-18.
3. Гiпертермiя в онкологii: досягнення та оригiнальнi методики / А. I.
Шевченко [и др.] // Онкология. – 2006. – Т. 8, №3. – С. 222-227.
4. Hahn G.M. Potential for therapy of drugs and hyperthermia / G.M. Hahn //
Cancer Res. – 1979. – Vol. 39. – P. 2264-22618.
5. The effect of various chemotherapeutic agents given with mild hyperthermia
on different types of tumours / M. Takemoto [et al.] // Int. J. Hyperthermia. – 2003. –
Vol. 19, № 2. – P. 193-203.
6. Thermal Enhancement of New Chemotherapeutic Agents at Moderate
Hyperthermia / F. Mohamed [et al.] // Ann. Surg. Oncology. – 2003. – Vol. 10, № 4.
– P. 463-468.