Исследование радиопротекторных свойств фумаровой кислоты и фумарата 3-оксипиридина при действии ионизирующего излучения на клетки человека

В современном мире сложилась такая обстановка, что развитие ядерной энергетики и применение источников ионизирующих излучений в различных сферах деятельности создали потенциальную угрозу радиационной опасности для человека. В связи с этим актуальным направлением является изучение способов повышения радиорезистентности клеток и тканей человека к действию ионизирующего излучения. Кроме того, радиозащитные соединения имеют важное значение и в лучевой терапии, поскольку нормальные ткани пациентов должны быть защищены от лучевого поражения при использовании высоких доз облучения при лечении злокачественных новообразований. Однако радиопротекторы, применяемые в настоящее время, обладают некоторыми недостатками. Цель работы – исследование радиопротекторных свойств фумаровой кислоты и фумарата 3-оксипиридина при действии гамма-излучения и излучения ионов 12С на опухолевые (нейробластома SK-N-BE) и нормальные (фибробласты hTERT) клетки человека. Действие излучения оценивалось по критериям выживаемости клеток в культуре, времени удвоения и клоногенной активности. Показано, что применение фумаровой кислоты и фумарата 3-оксипиридина оказывает радиозащитное действие на нормальные и опухолевые клетки при облучении их гамма-излучением в дозах 1, 4, 6 и 10 Гр. Применение фумаровой кислоты и фумарата 3-оксипиридина не оказывает радиозащитное действие на опухолевые клетки при облучении их ионами 12С. Сравнительный анализ результатов действия препаратов при облучении гамма-квантами и ионами 12С показал существенную зависимость проявления модифицирующих свойств от качества излучения. Исследование времени удвоения клеток показало, что присутствие в контроле препаратов не увеличивало данный показатель. Напротив, при действии гамма-излучения в дозе 10 Гр препараты снижали время удвоения фибробластов более чем в 2 раза и время удвоения клеток нейробластомы почти в 1,5 раза. Полученные данные говорят о том, что антиоксидантные свойства изученных препаратов открывают новые возможности модификации действия ионизирующего излучения при терапии онкологических заболеваний. Применение фумаровой кислоты и фумарата 3-оксипиридина позволит уменьшить лучевую нагрузку на здоровые клетки, в том числе снизить действие вторичных продуктов на здоровые клетки за пиком Брэгга при действии ионно-углеродной терапии.

1. Ferlay J., Colombet M., Soerjomataram I., et al. Cancer statistics for the year 2020: An overview // International Journal of Cancer. 2021. Vol. 149, No. 4. P. 778–789. DOI:10.1002/ijc.33588.

2. Каприн А.Д., Старинский В.В., Шахзадова А.О. Злокачественные новообразования в России в 2020 году (заболеваемость и смертность). М.: МНИОИ им. П.А. Герцена – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, 2021. 252 с.

3. Abshire D., Lang, M.K. The Evolution of Radiation Therapy in Treating Cancer // Seminars in oncology nursing. 2018. Vol. 34, No. 2. P. 151–157. DOI:10.1016/j.soncn.2018.03.006.

4. Ben Barak A., Golan H., Waldman D., Arkovitz M.S. Surgical Treatment of Neuroblastoma // The Israel Medical Association journal: IMAJ. 2017. Vol. 19, No. 11, P. 691–695.

5. Wang H., Mao X. Evaluation of the Efficacy of Neoadjuvant Chemotherapy for Breast Cancer // Drug design, development and therapy. 2020. Vol. 14. P. 2423-2433. DOI: 10.2147/DDDT.S253961.

6. Thomas R., Al-Khadairi G., Roelands J., et al. NY-ESO-1 Based Immunotherapy of Cancer: Current Perspectives // Frontiers in immunology. 2018. Vol. 9. DOI:10.3389/fimmu.2018.00947.

7. Li H., Liu Y., Wang Y., et al. Hormone therapy for ovarian cancer: Emphasis on mechanisms and applications (Review) // Oncology reports. 2021. Vol. 46, No. 4. DOI:10.3892/or.2021.8174.

8. Lee Y.T., Tan Y.J., Oon C.E. Molecular targeted therapy: Treating cancer with specificity // European journal of pharmacology. 2018. Vol. 834. P. 188–196. DOI:10.1016/j.ejphar.2018.07.034.

9. Lange C., Bednarski P.J. Photosensitizers for Photodynamic Therapy: Photochemistry in the Service of Oncology // Current pharmaceutical design. 2016. Vol. 22, No. 46. P. 6956–6974. DOI:10.2174/1381612822666161124155344.

10. Wang K., Tepper J.E. Radiation therapy-associated toxicity: Etiology, management, and prevention // CA: a cancer journal for clinicians. 2021. Vol. 71, No. 5. P. 437–454. DOI: 10.3322/caac.21689.

11. Gardner S.J., Kim J., Chetty I.J. Modern Radiation Therapy Planning and Delivery // Hematology/Oncology Clinics of North America. 2019. Vol. 33, No. 6. P. 947-962. DOI:10.1016/j.hoc.2019.08.005.

12. Hwang E.J., Gorayski P., Le H., et al. Particle therapy tumour outcomes: An updated systematic review // Journal of medical imaging and radiation oncology. 2020. Vol. 64, No. 5. P. 711–724. DOI:10.1111/1754-9485.13021.

13. Aricò G., Gehrke T., Gallas R., et al. Investigation of single carbon ion fragmentation in water and PMMA for hadron therapy // Physics in medicine and biology. 2019. Vol. 64, No. 5. DOI:10.1088/1361-6560/aafa46.

14. Johnson D., Chen Y., Ahmad S. Dose and linear energy transfer distributions of primary and secondary particles in carbon ion radiation therapy: A Monte Carlo simulation study in water // Journal of medical physics. 2015. Vol. 40, No. 4. P. 214–219. DOI:10.4103/0971-6203.170785.

15. Aliper A.M., Bozdaganyan M.E., Sarkisova V.A., et al. Radioprotectors.org: an open database of known and predicted radioprotectors // Aging. 2020. Vol. 12, No. 15. P. 15741–15755. DOI:10.18632/aging.103815.

16. Mun G.I., Kim S., Choi E., et al. Pharmacology of natural radioprotectors // Archives of Pharmacal Research. 2018. Vol. 41, No. 11. P. 1033-1050. DOI:10.1007/s12272-018-1083-6.

17. Mishra K., Alsbeih G. Appraisal of biochemical classes of radioprotectors: evidence, current status and guidelines for future development // 3 Biotech. 2017. Vol. 7, No. 5. DOI: 10.1007/s13205-017-0925-0.

18. Бутомо Н.В., Гребенюк А.Н., Легеза В.И., и др. Основы медицинской радиобиологии. Под общ. Ред. Ушакова И.Б. СПб., изд. «Фолиант», 2004. 380 с.

19. Ilica R.A., Kloetzer L., Galaction A.I., Caşcaval D. Fumaric acid: production and separation // Biotechnology letters. 2019. Vol. 41, No. 1. P. 47–57. DOI:10.1007/s10529-018-2628-y.

20. Wipke B.T., Hoepner R., Strassburger-Krogias K., et al. Different Fumaric Acid Esters Elicit Distinct Pharmacologic Responses // Neurology(R) neuroimmunology & neuroinflammation. 2021. Vol. 8, No. 2. DOI:10.1212/NXI.0000000000000950.

21. Volc-Platzer B. Fumaric acid esters for paediatric psoriasis // The British journal of dermatology. 2021. Vol. 185, No. 1. P. 5–6. DOI: 10.1111/bjd.20057.

22. Коршунова А.Б., Костычев Н.А., Инчина В.И., Чаиркин И.Н. Перспективы фармакологической коррекции острой ишемии головного мозга // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2009. Т. 11, № 1. С. 1287-1290.

23. Сайт «Соль 2-этил-6-метил-3-гидроксипиридина с фумаровой кислотой, обладающая метаболической и кардиопротекторной активностью, и способ ее получения». URL: https://patents.google.com/patent/RU2365582C1/ru (Дата обращения: 11.11.2022).

24. Прилепский А.Ю., Дроздов А.С., Богатырев В.А., Староверов С.А. Методы работы с клеточными культурами и определение токсичности наноматериалов. СПб: Университет ИТМО, 2019. 43 с.

25. Уланова Т.В., Инчина В.И., Русейкин Н.С. и др. Исследование влияния новых производных 3-гидроксипиридина и препаратов сравнения на выживаемость и некоторые биохимические показатели крови белых крыс при экспериментальном диабете // Вестник Мордовского университета. 2016. Т. 26, № 2. С. 180-191.