БИОФИЗИКА, 2022, том 67, № 1, с. 82-87

БИОФИЗИКА КЛЕТКИ

УДК 542.957:547.7:547.854:547.857:615.27.3

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ОПУХОЛЕВЫХ И НОРМАЛЬНЫХ КЛЕТОК

ЧЕЛОВЕКА К ПОЛИАКРИЛАТАМ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Ю.А. Хоченкова**, К.А. Абзаева***

*Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, 119334, Москва, ул. Косыгина, 4

**Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н.Н. Блохина Минздрава России,

115478, Москва, Каширское шоссе, 24

***Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН, Россия,

664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1

Е mail: larros@list.ru

Поступила в редакцию 10.11.2021 г.

После доработки 15.11.2021 г.

Принята к публикации 16.11.2021 г.

Проведено сравнительное изучение цитотоксической активности двух полимерных соединений на

основе полиакриловой кислоты, содержащих золото (аурумакрил) и серебро (аргакрил), в

отношении опухолевых (рак молочной железы MCF-7, рак легкого А-549, рак толстой кишки

HCT116, меланома Mel Me) и нормальных (фибробласты кожи hFB-hTERT6) клеток человека

in vitro. Показатель цитотоксического эффекта IC₅₀ варьирует в пределах от 13 до 65 мкг/мл и от 25

до 180 мкг/мл для аурумакрила и аргакрила соответственно, изменяясь в зависимости от типа

опухолевых клеток. Наибольшую чувствительность к действию препаратов проявляют клетки рака

молочной железы MCF-7.

Ключевые слова: полиакрилат золота (аурумакрил), полиакрилат серебра (аргакрил), цитотоксический

эффект, культуры опухолевых и нормальных клеток человека.

DOI: 10.31857/S0006302922010070

В последние годы весьма интенсивно развива-

ношении солидных опухолей животных (карци-

ется новый подход к разработке противоопухоле-

нома легких Льюис, аденокарцинома Акатол,

вых препаратов, основанный на тестировании со-

аденокарцинома Са-755), проявляют цитотокси-

единений, способных селективно индуцировать

ческий эффект in vitro на sмодели клеточной ли-

окислительный стресс в опухолевых клетках [1].

нии опухоли человека (культура MCF-7) [2, 3, 9].

Среди веществ, оказывающих такой эффект,

В продолжение данного направления исследо-

особое внимание привлекают металлорганиче-

ваний нами проведено сравнительное изучение

ские соединения, содержащие благородные ме-

цитотоксической активности аурумакрила и ар-

таллы, к числу которых относятся и изучаемые

гакрила на расширенной панели культур опухо-

нами препараты аурумакрил (полиакрилат золо-

левых и нормальных клеток человека, результаты

та) и аргакрил (полиакрилат серебра) [2-6].

которого содержатся в представленной статье.

Принципиальные отличия в химической

структуре этих соединений, представляющих со-

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

бой золото- и серебросодержащие полимеры на

основе полиакриловой кислоты, от других широ-

Препараты. Исследованные полиметалло-

ко исследуемых металло-комплексов дают осно-

акрилаты представляют собой неполные метал-

вания полагать, что мишени и механизмы реали-

лические соли полиакриловой кислоты, содержа-

зации противоопухолевого эффекта аурумакрила

щие ионы благородных металлов (8 масс. %). Ау-

и аргакрила, возможно, иные, чем у ряда извест-

румакрил - неполная золотая соль полиакрило-

ных, клинически апробированных лекарствен-

вой кислоты, отвечающая общей формуле

ных средств [7, 8].

(-CH₂-CHCOOH-)_n(-CH₂CHCOOAuCl₃H-)_m,

Аурумакрил и аргакрил обладают значитель-

аргакрил - неполная серебряная соль полиакри-

ной противоопухолевой активностью in vivo в от- ловой кислоты отвечает общей формуле (-CH2^-

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ОПУХОЛЕВЫХ И НОРМАЛЬНЫХ КЛЕТОК

CHCOOH-)_n(-CH₂CHCOOAg-)_m, где n = 12000-

Статистический анализ результатов. Статисти-

35000, m =1650-6650. Молекулярная масса поли-

ческая обработка результатов проведена с помо-

меров составляет 100-300 кДа. Инфракрасные

щью программ Statistica 6.0, Statistica 8.0 и MS

Excel. Результаты представлены как среднее из

спектры препаратов содержат полосы поглоще-

шести индивидуальных измерений для культиви-

ния карбоксильной и карбоксилатной групп при

руемых клеток. Оценка достоверности различий

1720 и 1570 см^-1. Субстанции препаратов пред-

между сравниваемыми параметрами проведена с

ставляют собой стекловидные пластинки золоти-

помощью t-критерия Стьюдента. Различия при-

стого (аурумакрил) и серебристого (аргакрил)

знавались достоверными, если вычисленные зна-

цвета, хорошо растворимые в воде [4, 5]. Оценка

чения t превышали значения критерия Стьюден-

цитотоксического эффекта препаратов in vitro

та t_0.1 для определенных уровней значимости

проведена при их применении в концентрациях,

(p ≤ 0.01) при заданном числе степеней свободы f

изменяющихся в диапазоне от 0.001 до 0.8 мг/мл

[11].

для аурумакрила и от 0.004 до 2.0 мг/мл для арга-

крила.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Оценка цитотоксического эффекта in vitro. Для

сравнительной оценки цитотоксического эффек-

Влияние аурумакрила и аргакрила на выжива-

та аурумакрила и аргакрила в отношении клеток

емость опухолевых и нормальных клеток челове-

опухолей человека использованы клеточные

ка в зависимости от концентрации препаратов ха-

культуры рецептор-положительной карциномы

рактеризуют данные, представленные соответ-

молочной железы MCF-7, рака легкого А-549, ра-

ственно на рис. 1 и 2.

ка толстой кишки HCT116, меланомы Mel Me.

Как следует из рисунков, оба изученных пре-

Моделью нормальных клеток человека служила

парата обладают дозозависимым цитотоксиче-

культура фибробластов кожи линии hFB-

ским действием на опухолевые клетки, вызывая

hTERT6. Культуры клеток, протестированные в

их гибель, выраженность которой зависит от кон-

работе, получены из Банка опухолей НМИЦ он-

центрации препарата, типа опухоли и природы

кологии им. Н.Н. Блохина (Москва). Цитоток-

металла, содержащегося в полимере.

сичность препаратов оценивали путем определе-

Оба препарата вызывают практически полную

ния доли выживших по сравнению с контролем

гибель опухолевых клеток при применении в

клеток с использованием стандартного МТТ-те-

концентрациях, далеких от максимальных, со-

ста, основанного на сравнительном спектрофо-

ставлявших 0.8 и 2.0 мг/мл для аурумакрила и ар-

тометрическом определении оптической плотно-

гакрила соответственно. Так, концентрации пре-

сти раствора формазана в группах клеток, подвер-

паратов, вызывающих гибель 94-96 % клеток, со-

гавшихся воздействию препарата, и в контроле, в

ставляют 0.1-0.2 мг/мл для аурумакрила и 0.1-

соответствии с ранее описанной методикой [10].

0.4 мг/мл для аргакрила, изменяясь в этих преде-

лах в зависимости от линии опухолевых клеток

Долю выживших клеток определяли в соответ-

(рис. 1 и 2).

ствии с показателем оптической плотности рас-

Однако в целом концентрационные зависимо-

твора формазана, измеряемой спектрофотомет-

сти, характеризующие цитотоксическое действие

рически при длине волны 570 нм на анализаторе

препаратов, имеют определенные количествен-

Multiscan FC (Thermo Scientific, США). В каче-

ные различия, что находит свое отражение в раз-

стве показателя цитотоксического действия ауру-

нице между расчетными значениями концентра-

макрила служило соотношение между числом

ции вещества, вызывающей гибель 50% опухоле-

выживших клеток в тестируемой, подвергавшей-

вых клеток (IC₅₀) для аурумакрила и аргакрила

ся воздействию препарата, и контрольной груп-

пах клеток, выраженное в процентах. Выживае-

(рис. 1 и 2, таблица). Так, значения IC₅₀варьиру-

мость клеток, подвергавшихся воздействию ауру-

ют в пределах от 13 до 65 мкг/мл для аурумакрила

макрила, определяли в соответствии с формулой:

и от 25 до 180 мг/мл для аргакрила, изменяясь в

(D_эксп/D_контр) × 100%, где D - оптическая плот-

зависимости от типа опухолей. Иными словами,

ность раствора.

очевидно, что аурумакрил проявляет в отноше-

нии протестированных культур опухолевых кле-

Результаты экспериментов представлены в ви-

ток примерно в два-три раза более высокую цито-

де кривых «доза-эффект», характеризующих из-

токсическую активность, чем аргакрил (таблица).

менение доли погибших клеток в зависимости от

Основываясь на величине показателя IC_50,

концентрации препаратов и позволяющих опре-

позволяющего дифференцировать опухоли раз-

делить показатель цитотоксичности IC₅₀(значе-

личной природы по чувствительности к испытан-

ние концентрации вещества, которая вызывает

ным препаратам, представляется возможным

гибель 50% клеток) в отношении изучавшихся

охарактеризовать предполагаемый спектр их дей-

клеточных культур.

ствия (см. таблицу). Как видно, в соответствии с

БИОФИЗИКА том 67

№ 1

2022

ОСТРОВСКАЯ и др.

Рис. 1. Изменение доли погибших клеток в культурах опухолевых и нормальных клеток человека в зависимости от концен-

трации аурумакрила: (а) - рак молочной железы MCF-7, (б) - рак легкого А-549, (в) - рак толстой кишки HCT116, (г) -

меланома Mel Me, (д) - фибробласты кожи hFB-hTERT6.

показателем цитотоксичности чувствительность

нению с препаратом, содержащим серебро. При

культур опухолевых клеток к препаратам снижа-

этом наибольшую чувствительность к действию

ется в ряду: рак молочной железы MCF-7 - рак

аурумакрила проявляют клетки рака молочной

легкого А-549 - меланома Mel Me - рак толстой

железы MCF-7 (IC₅₀ = 13 мкг/мл).

кишки HCT116.

Отметим, что нормальные клетки человека

Полученные данные свидетельствуют о том,

(фибробласты кожи линии hFB-hTERT6) также

что полиакрилат, содержащий золото, обладает

обладают значительной чувствительностью к

значительно более высокой цитотоксичностью в

действию препаратов. Максимальный цитоток-

отношении опухолевых клеток человека по срав-

сический эффект - гибель 96% клеток - отмеча-

БИОФИЗИКА том 67

№ 1

2022

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ОПУХОЛЕВЫХ И НОРМАЛЬНЫХ КЛЕТОК

Рис. 2. Изменение доли погибших клеток в культурах опухолевых и нормальных клеток человека в зависимости от

концентрации аргакрила: (а) - рак молочной железы MCF-7, (б) - рак легкого А-549, (в) - рак толстой кишки HCT116,

(г) - меланома Mel Me, (д) - фибробласты кожи hFB-hTERT6.

ется при применении аурумакрила и аргакрила в

Анализ полученных данных свидетельствует о

концентрациях, равных соответственно

2.0 и

том, что спектр чувствительных к аурумакрилу

0.8 мг/мл. Расчетное значение показателя IC₅₀

опухолей человека включает все четыре исследо-

составляет величину, равную соответственно 20 и

ванные клеточные культуры - рака молочной же-

25 мкг/мл для аурумакрила и аргакрила (рис. 1

лезы MCF-7, рака легкого А-549, меланомы Mel

и 2, таблица).

Me, рака толстой кишки HCT116, в то время как к

аргакрилу проявляют чувствительность две опу-

Согласно общепринятым критериям оценки

холи - рака молочной железы MCF-7 и рака лег-

цитотоксического эффекта лекарственное сред-

кого А-549. При этом оба препарата обладают

ство из нового класса соединений считается ак-

наибольшей цитотоксичностью в отношении

тивным при значениях IC₅₀ ≤ 100 мкг/мл [11].

клеток рака молочной железы MCF-7.

БИОФИЗИКА том 67

№ 1

2022

ОСТРОВСКАЯ и др.

Значения показателя IC₅₀ аурумакрила и аргакрила для ряда опухолевых и нормальных клеток человека,

культивируемых in vitro

Аурумакрил

Аргакрил

Культура клеток

, мкг/мл

Рак молочной железы MCF-7

Рак легкого А549

Меланома Mel Mе

180

Рак толстой кишки НСТ116

180

Фибробласты кожи hFB-hTERT6

ОБСУЖДЕНИЕ

средства in vivo, что несомненно должно быть

учтено при проведении углубленных доклиниче-

В результате проведенных исследований уста-

ских токсикологических исследований [13-15].

новлено, что оба препарата обладают дозозависи-

мым цитотоксическим действием на изученные

Рассматривая обнаруженные различия в цито-

опухолевые клетки, выраженность которого за-

токсичности содержащих золото и серебро по-

висит от концентрации препарата и типа опу-

лиакрилатов в отношении опухолевых клеток,

холи.

представляется уместным отметить, что, как бы-

ло показано, природа металла в значительной

На основании полученных данных можно по-

степени определяет возможный спектр фармако-

лагать, что природа содержащегося в полимере

логической активности полимерных композитов,

металла оказывает весьма существенное влияние

содержащих наночастицы благородных метал-

на чувствительность опухолевых клеток различ-

лов, в том числе в качестве потенциальных лекар-

ного генеза к изучавшимся препаратам. Показа-

ственных препаратов.

но, что аурумакрил обладает более широким

спектром цитотоксического действия в отноше-

Известно, что содержащие благородные ме-

нии клеточных культур опухолей человека по

таллы полиакрилаты обладают значительной ге-

сравнению с аргакрилом. При этом наибольшую

мостатической активностью, обусловленной вы-

чувствительность к действию обоих препаратов

сокой специфичностью их взаимодействия с мо-

проявляет культура клеток рака молочной железы

лекулой альбумина крови с образованием

MCF-7, что хорошо согласуется с полученными

интерполимерного комплекса [16].

нами ранее данными [9].

При исследовании механизма действия нано-

Вместе с тем установлено отсутствие преиму-

композитов на основе золота и серебра в качестве

щественной цитотоксичности препаратов в отно-

гемостатиков было показано, что в условиях

шении опухолевых клеток по сравнению с нор-

in vivo природа металлов определяет кинетиче-

мальными клетками человека (фибробласты ко-

скую устойчивость комплексов. Так, полимер,

жи линии hFB-hTERT6), что подтверждает

который содержит химически инертный атом

имеющиеся данные для аурумакрила [12].

золота, обладающего низкой аффинностью к

кислороду, проявляет большую гемостатическую

В связи с этим отметим, что, как известно, се-

активность по сравнению с полимером, содержа-

лективность противоопухолевого действия раз-

щим более реакционноспособные наночастицы

личных соединений в значительной степени за-

серебра

[16].

Вышеизложенные результаты

висит не только от непосредственной их цитоток-

свидетельствуют о преимущественной цитоток-

сичности, выявляемой в экспериментах in vitro,

сической активности полиакрилата золота в от-

но и от фармакокинетики и метаболизма изучае-

ношении ряда клеточных культур опухолей чело-

мых агентов in vivo. Цитотоксичность по отноше-

века по сравнению с препаратом, содержащим

нию к нормальным клеткам свойственна многим

серебро, что дополняет имеющиеся данные о дей-

конвенциальным противоопухолевым препара-

ствии аурумакрила.

там, в частности таким как цисплатин и доксору-

бицин, что не явилось препятствием к их широ-

Ранее нами было проведено весьма детальное

кому применению в клинической практике. Как

доклиническое исследование аурумакрила в ка-

уже отмечалось ранее, обнаружение цитотоксич-

честве потенциального противоопухолевого пре-

ности исследуемого агента в отношении нор-

парата, включающее изучение противоопухоле-

мальных клеток in vitro указывает на возможность

вой и цитотоксической активности препарата,

развития нежелательных побочных явлений при

его фармакокинетики и токсичности, рассмотре-

применении потенциального лекарственного

ны существующие представления о механизме

БИОФИЗИКА том 67

№ 1

2022

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ОПУХОЛЕВЫХ И НОРМАЛЬНЫХ КЛЕТОК

противоопухолевого действия золотосодержащих

М. Г. Воронков, К. А. Абзаева, Л. В. Жилицкая

комплексных соединений [1-3, 7, 17, 18].

и др., Патент РФ № 2372091, 2009. Бюл. изобре-

тений, 31 (2009).

Полученные в представленной работе данные

о цитотоксическом эффекте полиакрилатов золо-

Д. Б. Корман, Л. А. Островская и В. А. Кузьмин,

та (аурумакрил) и серебра (аргакрил) в совокуп-

Вопр. онкологии 64 (6), 697 (2018).

ности с результатами ранее проведенных иссле-

С. Nardon, N. Pettenuzza, and D. Fregona, Curr.

дований в ряду металлополиакрилатов позволяют

Med. Chem. 23, 3374 (2016).

рассматривать полиакрилат золота в качестве по-

Л. А. Островская, Д. Б. Корман, Е. И Некрасова

тенциального кандидата для разработки нового

и др., Биофизика 66 (5), 978 (2021).

противоопухолевого средства.

10.

Д. Б. Корман, Е. И. Некрасова, Л. А. Островская

и др., Биофизика 64 (6), 1138 (2019).

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

11.

Е. М. Трещалина, О. С. Жукова, Г. К. Герасимова

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

и др., в сб. Руководство по проведению доклиниче-

интересов.

ских исследований лекарственных средств, под ред.

А. Н. Миронова и др. («Гриф и К», М., 2012), ч. 1,

сс. 642-657.

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

12.

Д. Б. Корман, Е. И. Некрасова, Л.А. Островская и

Все применимые международные, националь-

др., Биофизика 65 (6), 1093 (2020).

ные и институциональные принципы ухода и ис-

пользования животных при выполнении работы

13.

Д. Б. Корман, Мишени и механизмы действия про-

были соблюдены.

тивоопухолевых препаратов (Практическая меди-

цина, М., 2014).

14.

A. M. de Almeida, B. A. de Oliveria, P. P. de Castro,

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

et al., Biometals 30 (6), 841 (2017).

1. Д. Б. Корман, Л. А. Островская и В. А. Кузьмин,

15.

J. Wang, G. Hong, G. Li, and W. Wang, Molecules 24,

Биофизика 64 (3), 552 (2019).

4505 (2019).

2. Л. А. Островская, Д. Б. Корман, Н. В. Блюхтерова

и др., Хим. физика 38 (12), 64 (2019).

16.

К. А. Абзаева, Л. В. Жилицкая, Г. Г. Белозерская и

др., Изв. РАН. Сер. хим. 66 (12), 2314 (2017).

3. Л. А. Островская, Д. Б. Корман, Н. В. Блюхтерова

и др., Росс. биотерапевтич. журн. 19 (4), 74 (2020).

17.

Л. А. Островская, Д. Б. Корман, Ж. П. Бурмий

4. Л. А. Островская, Д. Б. Корман, А. К. Грехова

и др., Биофизика 63 (3), 606 (2018).

и др., Изв. РАН. Сер. хим. 66 (12), 2333 (2017).

18.

Л. А.Островская, Д. Б. Корман, Н. В. Блюхтерова

5. Л. А. Островская, М. Г. Воронков, Д. Б. Корман

и др., Эксперим. и клинич. фармакология 83 (11),

и др., Биофизика 59 (4), 785 (2014).

29 (2020).

Sensitivity of Tumor and Normal Human Cells to Polyacrylates of Noble Metals

L.A. Ostrovskaya*, D.B. Korman*, E.I. Nekrasova*, N.V. Bluhterova*,

U.A. Hochenkova**, and K.A. Abzaeva***

*Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences, ul. Kosygina 4, Moscow, 119334 Russia

**Blokhin National Medical Research Center for Oncology, Ministry of Health of the Russian Federation,

Kashirskoe Shosse 24, Moscow, 115478 Russia

***A.E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences,

ul. Favorskogo 1, Irkutsk, 664033 Russia

The comparative study of the cytotoxic activity of two based on polyacrylic acid polymer compounds con-

taining aurum (aurumacryl) and argentum (argacryl) against tumor (MCF-7 breast cancer, A-549 lung can-

cer, HCT116 colon cancer, Mel Me melanoma) and normal (skin fibroblasts hFB-hTERT6) human cells was

carried out in vitro. The IC₅₀ index of the drugs cytotoxic effect varies from 13 to 65 μg/ml and from 25 to

180 μg/ml for aurumacryl and argacryl, respectively, changing depending on the type of tumor cells. The

greatest sensitivity to the action of drugs is shown by MCF-7 breast cancer cells.

Keywords: aurum polyacrylate (aurumacryl), argentum polyacrylate (argacryl), cytotoxic effect, culture of tumor

and normal human cells

БИОФИЗИКА том 67

№ 1

2022