На сьогодні численними дослідженнями експериментальної онкології доведено, що результати фундаментальних розробок, проведених на сучасному методичному рівні, можуть слугувати вагомим підгрунтям для використання у клінічній практиці. Визначити в системі in vivo на моделі карциносаркоми Уокер-256 гальмуючий ефект екзогенного лактоферину (ЛФ) у дозах 1 та 10 мг/кг маси тварин, безпечність його застосування, особливості змін цитоархітектоніки пухлинної тканини, порушення показників енергетичного обміну та есенційного гомеостазу на рівні пухлини та організму, а також асоціативні зв’язки і механізми, що обумовлюють зазначені перебудови. Використані безпорідні щури з перещепленою карциносаркомою Уокер-256, яким внутрішньоочеревинно 9 разів вводили екзогенний ЛФ у дозах 1 та 10 мг/кг маси тварин, та тварини, що слугували контролем. Застосовано морфологічний метод дослідження для оцінки змін цитоархітектоніки пухлин під впливом ЛФ. Для визначення безпечності застосування екзогенного ЛФ використано цитогенетичний метод Hayashi. Вміст есенційних елементів визначали за допомогою методу атомно-емісійної спектроскопії, визначення вмісту показників енергетичного обміну здійснювали за допомогою атомно-біохімічного та імуноферментного аналізатора. Встановлено, що екзогенний ЛФ у досліджених дозах призводить до гальмування росту карциносаркоми Уокер-256, проявом чого є односпрямовані зміни їх архітектоніки: сегрегація пухлинних клітин, пікноз, гіперхроматоз ядер, явища некробіозу, некроз, і як наслідок зменшення загальної кількості пухлинних клітин, з боку судин — делятація, потоншення стінок, крововиливи. Відбуваються зміни біоенергетичного фенотипу пухлинних клітин: зниження вмісту глюкози та лактату. Під впливом ЛФ порушується гомеостаз есенційних елементів, зокрема кальцію, заліза, цинку у пухлинній тканині та плазмі крові. На підставі проведених зіставлень щодо порушень під впливом екзогенного ЛФ цитоархітектоніки пухлин, зокрема у судинному руслі, та визначеними змінами їх метаболічного профілю з’ясовано механізми, які можуть обумовлювати зазначену дію ЛФ.
РЕЗЮМЕ. Сегодня многочисленными исследованиями экспериментальной онкологии доказано, что результаты фундаментальных разработок, проведенных на современном методическом уровне, могут служить весомым основанием для использования в клинической практике. Изучить в системе in vivo на модели карциносаркомы Уокер-256 тормозящий эффект экзогенного лактоферрина (ЛФ) в дозах 1 и 10 мг/кг массы животных, безопасность его применения, особенности изменений цитоархитектоники опухолевой ткани, нарушение показателей энергетического обмена и эссенциального гомеостаза на уровне опухоли и организма, а также ассоциативные связи и механизмы, обусловливающие указанные перестройки.Использованы беспородные крысы с перевитой карциносаркомой Уокер-256, которым внутрибрюшинно 9 раз вводили экзогенный ЛФ в дозах 1 и 10 мг/кг массы животных, и животные, которые служили контролем. Применен морфологический метод исследования для оценки изменений цитоархитектоники опухолей под влиянием ЛФ. Для определения безопасности применения экзогенного ЛФ использован цитогенетичес-кий метод Hayashi. Содержание эссенциальных элементов изучено с помощью метода атомно-эмиссионной спектроскопии, определение содержания показателей энергетического обмена осуществляли с помощью атомно-биохимического и иммуноферментного анализатора. Установлено, что экзогенный ЛФ в исследованных дозах приводит к торможению роста карциносаркомы Уокер-256, проявлением чего являются однонаправленные изменения архитектоники: сегрегация опухолевых клеток, пикноз, гиперхроматоз ядер, явления некробиоза, некроз, и как следствие – уменьшение общего количества опухолевых клеток; со стороны сосудов – делятация, истончение стенок, кровоизлияния. Происходят изменения биоэнергетического фенотипа опухолевых клеток: снижение содержания глюкозы и лактата. Под влиянием ЛФ нарушается гомеостаз эссенциальных элементов, в частности кальция, железа, цинка в опухолевой ткани и плазме крови. На основании сопоставления обнаруженных наруше-ний цитоархитектоники опухолей под влиянием экзогенного ЛФ, в частности в сосудистом русле, и изменений их метаболического профиля установлены механизмы, которые могут обусловливать указанное действие ЛФ.
Ключові слова: карциносаркома Уокер-256, екзогенний лактоферин, цитоархітектоніка пухлин, енергетичний обмін, глюкоза, лактат, есенційні елементи
карциносаркома Уокер-256, экзогенный лактоферрин, цитоархитектоника опухолей, энергетический обмен, глюкоза, лактат, эссенциальные элементы
Повний текст та додаткові матеріали
Цитована література
1. Chamaraux-Tran, T.N., Mathelin, C., Aprahamian, M., Joshi, G.P., Tomasetto, C., Diemunsch, P., and Akladios, C, Antitumor effects of lidocaine on human breast Cancer cells: an in vitro and in vivo experimental trial, Anticancer Res., 2018, vol. 38, no. 1, pp. 95–105. https://doi.org/10.21873/anticanres.12196
2. Monti, D., Sotgia, F., Whitaker-Menezes, D., Tuluc, M., Birbe, R., Berger, A., Lazar, M., Cotzia, P., Draganova-Tacheva, R., Lin, Z., Domingo-Vidal, M., Newberg, A., Lisanti, M.P., and Martinez-Outschoorn, U., Pilot study demonstrating metabolic and anti-proliferative effects of in vivo anti-oxidant supplementation with N-acetylcysteine in breast cancer, Semin. Oncol., 2017, vol. 44, no. 3, pp. 226–232. https://doi.org/10.1053/j.seminoncol.2017.10.001
3. Recalcati, S., Minotti, G., and Cairo, G., Iron regulatory proteins: from molecular mechanisms to drug development, Antioxid. Redox Signal., 2010, vol. 13, no. 10, pp. 1593–1616. https://doi.org/10.1089/ars.2009.2983
4. Khoo, T.C., Tubbesing, K., Pham, C, Desta, H., Sharikova, A., Barroso, M., and Khmaladze, A., Raman hyperspectral imaging of transferrin-bound iron in cancer cells. In Label-Free Biomedical Imaging and Sensing (LBIS), Int. Soc. Opt. Photon., 2019, vol. 10890. https://doi.org/10.1117/12.2511397
5. Cutrin, J.C., Alberti, D., Bernacchioni, C, Ciambellotti, S., Turano, P., Luchinat, C, Crich, S.G., and Aime, S., Cancer cell death induced by ferritins and the peculiar role of their labile iron pool, Oncotarget, 2018, vol. 9, no. 46, p. 27974. https://doi.org/10.18632/oncotarget.25416
6. Fernández-Menéndez, S., Fernández-Sánchez, M.L., González-Iglesias, H., Fernández-Colomer, B., Lopez-Sastre, J., and Sanz-Medel, A., Iron bioavailability from supplemented formula milk: effect of lactoferrin addition, Eur. J. Nutr., 2017, vol. 56, no. 8, pp. 2611–2620. ISSN 0564-3783.https://doi.org/10.1007/s00394-016-1325-7
7. Orlandi, R., De Bortoli, M., Ciniselli, C.M., and Vaghi, E.D., Hepcidin and ferritin blood level as noninvasive tools for predicting breast cancer, Ann. Oncol., 2014, vol. 25, no. 2, pp. 352–357. https://doi.org/10.1093/annonc/mdt490
8. Legrand, D. and Maurier, J., A critical review of the roles of host lactofferin in immunity, Biometals, 2010, vol. 23, no. 3, pp. 365–376. https://doi.org/10.1007/s10534-010-9297-1
9. Kang, Nam Mi, Cho, Ssang-Goo, Dayem, Ahmed Abdal, Lee, Joohyun, Bae, Seong Phil, Hahn, Won-Ho, and Lee, Jeong-Sang, The effects of human milk proteins on the proliferation of normal, cancer and cancer stem like cells, Anal. Sci. Technol., 2018, vol. 31, no. 6, pp. 232–239. https://doi.org/10.5806/AST.2018.31.6.232
10. Chekhun, V.F., Zalutskii, I.V., Naleskina, L.A., Lukianova, N.Y., Yalovenko, T.M., Borikun, T.V., Sobchenko, S.O., Semak, I.V., and Lukashevich, V.S., Modifying effects of lactoferrin in vitro on molecular phenotype of human breast cancer cells with varying degrees of malignancy and sensitivity of cytostatics, Exp. Oncol., 2015, vol. 37, vol. 3, pp. 181–186. URI: http:// dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/145485
11. Chekhun, V.F., Lukianova, N.Yu., Polishchuk, L.Z., Nalieskina, L.A., Zadvornyi, T.V., Storchai, D.M., Todor, I.N., Sobchenko, S.O., Demash, D.V., Yalovenko, T.M., Borikun, T.V., Lozovska, Yu.V., Vitruk, Yu.V., Chepurnatyi, M.V., Pikul, M.V., Stakhovsky, O.E., Voilenko, O.A., and Stakhovsky E.O., The role of lactoferrin expression in initiation and progression of most common hormone-dependent cancers, Horiz. Cancer Res., 2017, vol. 66, chapter 3, pp. 51–85. https://novapublishers.com/shop/horizons-in-cancer-research-volume-66/
12. Koblyakov, A.V., Antoshina, E.E., Gorkova, T.G., and Goldman, I.L., The inhibitory effect of human lactoferrin (neolactoferrin) on the growth of an inoculated tumor of the cervix of mice, Vopr. Onkol., 2012, vol. 58, no. 5, pp. 668–673. https://elibrary.ru/item.asp?id=17989425
13. Zhang, Y., Lima, C.F., and Rodrigues, L.R., In vitro evaluation of bovine lactoferrin potential as an anticancer agent, Int. Dairy J., 2015, vol. 40, no. 2015, pp. 6–15.https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2014.08.016
14. Iglesias-Figueroa, B.F., Siqueiros-Cendyn T.S., Gutierrez D.A, Aguilera, R.J., Espinoza-Sánchez, E.A., Arévalo-Gallegos, S., Varela-Ramirez, A., and Rascyn-Cruz, Q. Recombinant human lactoferrin induces apoptosis, disruption of F-actin structure and cell cycle arrest with selective cytotoxicity on human triple negative breast cancer cells, Apoptosis, 2019, pp. 1–16. https://doi.org/10.1007/s10495-019-01539-7
15. Terpinskaya, T.I., Pavlovets, L.V., The effect of human lactoferrin obtained from the milk of transgenic goats on the growth of transplantable tumors in mice, Healthcare (Minsk, Belarus), 2013, vol. 2, pp. 33–37. http://elib.bsu.by/ itstream/123456789/17272/1/133.pdf
16. Zalutsky, I.V., Lukashevich, V.S., Lukyanova, N.Yu., Kondrashova, S.B., Rudnichenko, Yu.,A., Basalay, A.A., and Chekhun, V.F., Effect of exogenous lacto-ferrin on the development of an experimental model of breast carcinoma, Rep. Nat. Acad. Sci. Belarus, 2017, vol. 61, no. 5, pp. 103–108. https://doklady.belnauka.by/jour/ ar ticle/view/463? locale=ru_RU
17. Nicoletti, G., Migliorati, M., Pagliacci, C., Grignani, F., and Riccardi, C., A rapid and simple method for measuring thymocyte apoptosis by propidium iodide staining and flow cytometry, J. Immunol. Methods, 1991, vol. 139, pp. 271–279. https://doi.org/10.1016/0022-1759(91)90198-o
18. Tinwell, H. and Ashby, J., Comparison of Acridine orange and Gimsa stains in several mouse bone marrow micronucleus assay—including a triple dose study, Mutagenesis, 1989, vol. 6, no. 3, pp. 476–481. https://doi.org/10.1093/mutage/4.6.476
19. Dias, V.M., Oliveria, R.M., and Machado-Santelli, G.M., Using fluorescence for improvement of the quantitative analysis of micronucleus in cell culture, Mutat. Res., 2005, vol. 565, pp. 173–179. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2004.10.003
20. Andrusishina, I.M., Lampeka, O.G., and Golub, I.O., Estimation of the damage to the professional community in professional contingents for the additional method of atomic energy spectroscopy from inductively coupled plasma, UkrTsNMI and the PCR of the registry No. 72-K, Avitsen, 2014, p. 60.
21. Vorobyova, O.V., Novichkov, E.V., Quantitative morphometry of endometrial ovarian cancer at risk of metastasis, Med. News North. Cauc., 2015, vol. 10, no. 3, pp. 254–258. https://doi.org/10.14300/mnnc.2015.00059
22. Gibbons, J.A., Kanwar, J.R., and Kanwar, R.K., Iron-free and iron-saturated bovine lactoferrin inhibit survivin expression and differentially modulate apoptosis in breast cancer, BMC Cancer, 2015, vol. 15, no. 1, p. 425. https://doi.org/10.1186/s12885-015-1441-4
23. Blais, A., Fan, C., Voisin T., Aattouri, N., Dubarry, M., Blachier, F., and Tome, D., Effects of lactoferrin on intestinal epithelial cell growth and differentiation: an in vivo and in vitro study, Biometals, 2014, vol. 27, no. 5, pp. 857–874. https://doi.org/10.1007/s10534-014-9779-7
24. Sharma, R., Chakraborty, D., and Gupta, P., Bovine lactoferrin and its functions in animals—a review, Agric. Rev., 2015, vol. 36, no. 4, pp. 321–326. doi 10.18805/ag.v36i4.6669. ISSN 0564–3783.
25. Tammam, S.N., Azzazy, H.M., and Lamprecht, A., Nuclear and cytoplasmic delivery of lactoferrin in glioma using chitosan nanoparticles: cellular location dependent-action of lactoferrin, Eur. J. Pharm. Biopharm., 2018, vol. 129, pp. 74–79.https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2018.05.027
26. Sokolov, A.V., Zakahrova, E.T., Kostevich, V.A., Samygina, V.R., and Vasilyev, V.B., Lactoferrin, myeloperoxidase, and ceruloplasmin: complementary gearwheels cranking physiological and pathological processes, BioMetals, 2014, vol. 27, no. 5, pp. 815–828. https://doi.org/10.1007/s10534-014-9755-2
27. Lozovska, Y.V., Andrusishina, I.M., Lukianova, N.Y., Burlaka, A.P., Naleskina, L.A., Todor, I.N., and Chekhun, V.F., The influence of lactoferrin on elemental homeostasis and activity of metal-containing enzymes in rats with Walker-256 carcinosarcoma, Exp. Oncol., 2019, vol. 41, no 1, pp. 20–25. https://doi.org/10.32471/exp-oncology.2312-8852.vol-41-no-1.12471
28. Ambrosone, C.B., Barlow, W.E., and Reynolds, W., Myeloperoxidase genotypes and enhanced efficacy of chemotherapy for early-stage breast cancer in SWOG-889, J. Clin. Oncol., 2009, vol. 27, no. 4973–4979. https://doi.org/10.1200/JCO.2009.21.8669
29. Rymaszewski, A.L., Tate, E., and Yimbesalu, J.P., The role of neutrophil myeloperoxidase in models of lung tumor development, Cancers (Basel), 2014, vol. 6, no. 2, pp. 1111–1127. https://doi.org/10.3390/cancers6021111
30. Hanahan, D., Weinberg, R.A., Hallmarks of cancer: the next generation, Cell, 2011, vol. 144, no. 5, pp. 646–674. https://doi.org/10.1016/j.cell.2011.02.013
31. Smolková, K., Plecitá-Hlavatá, L., Bellance, N., Benard, G., Rossignol, R., and Ježek, P., Waves of gene regulation suppress and then restore oxidative phosphorylation in cancer cells, Int. J. Biochem. Cell Biol., 2011, vol. 43, no. 7 pp. 950–968.https://doi.org/10.1016/j.biocel.2010.05.003
32. Nguyen, D.N., Jiang, P., Stensballe, A., Bendixen, E., Sangild, P.T., and Chatterton, D.E., Bovine lactoferrin regulates cell survival, apoptosis and inflammation in intestinal epithelial cells and preterm pig intestine, Proteomics, 2016, vol. 139, pp. 95–102. https://doi.org/10.1016/j.jprot.2016.03.020
33. Weijer, R., Broekgaarden, M., Krekorian, M., Alles, L.K., van Wijk, A.C., Mackaaij, C., Verheij, J., van der Wal, A.C., van Gulik, T.M., Storm, G., and Heger, M., Inhibition of hypoxia inducible factor 1 and topoisomerase with acriflavine sensitizes perihilar cholangiocarcinomas to photodynamic therapy, Oncotarget, 2016, vol. 7, no. 3, pp. 3341–3356. https://doi.org/10.18632/oncotarget.6490
34. Singh, M., Kumar, D., Singh, G., and Deepak, S., Natural minerals and cancer, J. Appl. Pharm. Sci., 2012, vol. 4, pp. 158–165. https://doi.org/10.7324/JAPS.2012.2513
35. Frederickson, C.J., Koh, J-Y., and Bush, A.I., The neurobiology of zinc in health and disease, Nat. Rev. Neurosci., 2005, vol. 6, 449–462. https://doi.org/10.1038/nrn1671
36. Andreini, C. and Bertini, I., A bioinformatics view of zinc enzymes, J. Inorg. Biochem., 2012, vol. 111, pp. 150–156. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2011.11.020
37. MacDonald, R.S., The role of zinc in growth and cell proliferation, J. Nutr., 2000, vol. 130, suppl, pp. 1500S–1508S. https://doi.org/10.1093/jn/130.5.1500S
38. Bellomo, E., Massarotti, A., Hogstrand, C., and Maret, W., Zinc ions modulate protein tyrosine phosphatase 1B activity, Metallomics, 2014, vol. 6, pp. 1229–1239. https://doi.org/10.1039/c4mt00086b
39. Zhu, D., Su, Y., Zheng, Y., Fu, B., Tang, L., and Qin, Y.X., Zinc regulates vascular endothelial cell activity through zinc-sensing receptor ZnR/GPR39, Am. J. Physiol. Cell Physiol., 2018, vol. 314, pp. C404–C414. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00279.2017
40. Ma, J., Zhao, N., and Zhu, D., Endothelial cellular responses to biodegradable metal zinc. ACS, Biomater. Sci. Eng., 2015, vol. 1, no. 11, pp. 1174–1182. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.5b00319
41. Munaron, L and Pla, A.F., Endothelial calcium machinery and angiogenesis: understanding physiology to interfere with pathology, Curr. Med. Chem., 2009, vol. 16, no. 35, pp. 4691–4703. https://doi. rg/10.2174/092986709789878210
42. Wu, L, Du, Y., Lok, J., Lo, E.H., and Xing, C., Lipocalin-2 enhances angiogenesis in rat brain endothelial cells via reactive oxygen species and iron-dependent mechanisms, J. Neurochem., 2015, vol. 132, no. 6, pp. 622–628. https://doi.org/10.1111/jnc.13023
43. Yang, J., McNeish, B., Butterfield, C., and Moses, M.A., Lipocalin 2 is a novel regulator of angiogenesis in human breast cancer, FASEB J., 2013, vol. 27, pp. 45–50. https://doi.org/10.1096/fj.12-211730
44. Suzuki, H., Ikeda, N., Kobayashi, K., Terashima, Y., Shimada, Y., Suzuki, T., Hagiwara, T., Hatakeyama, S., Nagaoka, K., Yoshida, J., Saito, Y., Tanaka, J., and Hayashi, M., Evaluation of liver and peripheral blood micronucleus assay with 9 chemicals using young rats a study by the Collaborative Study Group for the Micronucleus Test(CSGMT). Japanese Environmental Mutagen Society (JEMS)—Mammalian Mutagenicity Study Group (MMS), Mutat. Res., 2005, vol. 583, pp. 133–145. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2005.03.012
45. Celik, A., Ogenler, O., and Comelekoglu, U., The evaluation of micronucleus freguenc by acridine orange fluorescent staining in peripheral blood of rats treated with lead acetate, Mutagenesis, 2005, vol. 20, no. 6, pp. 411–415. https://doi.org/10.1093/mutage/gel027