In vitro скрининг потенциальных систем доставки эхинохрома для лечения заболеваний глаз

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Важной задачей местного применения лекарств для лечения глаз является достижение компромисса между их эффективностью и безопасностью. Разработка новых многофункциональных местных офтальмологических систем доставки лекарств и скрининг in vitro потенциальных лекарственных глазных средств являются ключевыми направлениями в решении этой задачи. В настоящем исследовании был проведен первичный in vitro скрининг влияния эхинохрома (Ech), комплекса каррагинана (CRG) и Ech и его липосомной формы (CRG/Ech-Lip) на культивируемые эпителиальные клетки наружной оболочки глазного яблока — клетки эпителия конъюнктивы (Chang Conjunctiva, Clone 1—5c-4) и эпителия роговицы человека (HCE). Оценивали жизнеспособность клеток по их морфологии и метаболической активности с использованием световой микроскопии и МТТ-теста. Выявлена прямая зависимость интенсивности проявления цитотоксического действия Ech относительно его концентрации в питательной среде, формы использования, клеточной тест-системы и времени воздействия Ech на клетки. Ech в форме спиртового раствора в питательной среде в конечной концентрации 0.1 мг/мл проявляет выраженную цитоксичность в отношении обеих клеточных тест-систем. Такая же концентрация Ech в питательной среде в составе комплекса CRG/Ech оказалась критичной только для жизнеспособности эпителиальных клеток роговицы, в то время как выживаемость клеток конъюнктивы в этом случае составляла около 50 %. Выявлена высокая биосовместимость липосомной формы каррагинанового комплекса эхинохрома CRG/Ech-Lip с клетками обеих тест-систем и стимулирующее цитопротекторное действие в отношении клеток эпителия коньюнктивы.

Об авторах

Э. И. Александер-Синклер

Институт цитологии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: elga.aleks@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург, 194064

С. А. Александрова

Институт цитологии РАН

Email: elga.aleks@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург, 194064

Д. М. Дарвиш

Институт цитологии РАН

Email: elga.aleks@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург, 194064

Н. В. Едоменко

Институт цитологии РАН

Email: elga.aleks@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург, 194064

В. И. Горбач

Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г. Б. Елякова ДВО РАН

Email: elga.aleks@gmail.com
Россия, Владивосток, 690022

И. М. Ермак

Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г. Б. Елякова ДВО РАН

Email: elga.aleks@gmail.com
Россия, Владивосток, 690022

Н. А. Михайлова

Институт цитологии РАН

Email: elga.aleks@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург, 194064

М. И. Блинова

Институт цитологии РАН

Email: elga.aleks@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург, 194064

Список литературы

  1. Александрова О. И., Хорольская Ю. И., Майчук Д. Ю., Блинова М. И. 2015. Исследование общей цитотоксичности антибиотиков аминогликозидного и фторхинолонового ряда на клеточных культурах. Вестник офтальмологии. Т. 131. № 5. С. 43. (Alexandrova O. I., Khorolskaya Y. I., Maychuk D. Y., Blinova M. I. 2015. Study of common cytotoxicity of aminoglycoside and fluoroquinolone antibiotics in cell cultures. Vestnik. oftal’mol. V. 131. No. 5. P. 43.) 10.17116/oftalma2015131543-53' target='_blank'>https://doi: 10.17116/oftalma2015131543-53
  2. Аляутдин Р. Н., Иежица И. Н., Агарвал Р. 2014. Транспорт лекарственных средств через роговицу глаза: перспективы применения липосомных лекарственных форм. Вестник офтальмологии. Т. 130. № 4. С. 117. (Aliautdin R. N., Iezhitsa I. N., Agarval R. 2014. Transcorneal drug delivery: prospects for the use of liposomes. Vestnik Oftalmologii. V. 130. No. 4. P. 117.)
  3. Барсуков Л. И. Липосомы. Соросовский образовательный журнал. № 10. С. 2. (Barsukov L. I. 1998. Liposomy. (in Russian). Sorosovskii obrazovatel’nyi jurnal. No. 10. P. 2.)
  4. Егоров Е. А. (ред.). 2004. Рациональная фармакотерапия в офтальмологии: Руководство для практикующих врачей. М.: Литтерра. Т. 7. (Egorov E. A. (Ed.) 2004. Rational pharmacotherapy in ophthalmology: handbook for practicing doctors. Moscow: Litterra. Vol. 7.)
  5. Бочков П. О., Колыванов Г. Б., Литвин А. А., Жердев В. П., Шевченко Р. В. 2016. Влияние высокомолекулярных вспомогательных веществ на оптимизацию фармакокинетических свойств лекарственных препаратов. Фармакокинетика и фармакодинамика. № 1. С. 3. (Bochkov P., Kolyvanov G., Litvin A., Zherdev V., Shevchenko R. 2016. Effects of the high-molecular excipients on optimization of the pharmacokinetic properties of drugs. Pharmacokinetics and Pharmacodynamics. (In Russian). No. 1. P. 3.)
  6. Киселев О. И., Еропкина Е. М., Смирнова Т. Д., Еропкин М. Ю., Ильинская Е. В., Сухинин В. П., Прочуханова А. Р., Зарубаев, В. В. 2006. Оценка метаболических показателей in vitro как модельная система тестирования цитотоксичности противовирусных препаратов. Экспериментальная и клиническая фармакология. Т. 69. № 1. С. 65. (Kiselev O. I., Eropkina E. M., Smirnova T. D., Eropkin M. Yu., Ilyinskaya E. V., Sukhinin V. P., Prochukhanova A. R., Zarubaev, V. V. 2006. Assessment of metabolic parameters in vitro as a model system for testing the cytotoxicity of antiviral drugs. Exper. Clinical Pharmacol. (in Russian). V. 69. No. 1. P. 65.) https://doi.org/10.30906/0869-2092-2006-69-1-65-70
  7. Ковалев Н. Н., Крыжановский С. П., Кузнецова Т. А., Костецкий Э. Я., Беседнова Н. Н. 2016. Морские ежи: биомедицинские аспекты практического применения. Владивосток: Дальнаука. (Kovalev N. N., Kryzhanovsky S. P., Kuznetsova T. A., Kostetsky E. Ya., Besednova N. N. 2016. Sea urchins: biomedical aspects of practical application. Vladivostok: Dalnauka.)
  8. Кривошапко О. А., Попов А. М. 2011. Лечебные и профилактические свойства липидов и антиоксидантов, выделенных из морских гидробионтов. Вопр. питания. № 2. С. 4. (Krivoshapko O. A., Popov A. M. 2011. Therapeutic and preventive properties of lipids and antioxidants isolated from marine aquatic organisms. Question nutrition. No. 2. P. 4.)
  9. Лепарская Н. Л., Сорокоумова Г. М.; Сычева Ю. В., Хорошилова-Маслова И.П., Каплун А. П., Кереев И. И., Гундорова Р. А., Нероев В. В., Швец В. И. 2011. Липосомы, содержащие дексаметазон: получение, характеристика и использование в офтальмологии. Вестник МИТХТ им. МВ Ломоносова. Т. 6. № 2. С. 37. (Leparskaya N. L., Sorokoumova G. M., Sycheva Y. V., Khoroshilova-Maslova I.P., Kaplun A. P., Kereev I. I., Gundorova R. A., Neroev V. V., Shvets V. I. 2011. Liposomes containing dexamethasone: obtaining, characterization and use in ophthalmology. Vestnik Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies, V. 7. P. 37.)
  10. Мельникова Е. В., Горячев Д. В., Чапленко А. А., Водякова М. А., Сайфутдинова А. Р., Меркулов В. А. 2018. Разработка липосомных форм лекарственных препаратов: методы оценки и показатели качества. Вестник Российского государственного медицинского университета. № 6. С. 35. (Melnikova E. V., Goryachev D. V., Chaplenko A. A., Vodyakova M. A., Sayfutdinova A. R., Merkulov V. A. 2018. Development of liposomal drug formulations: quality attributes and methods for quality control. Bulletin of Russian State Medical University. No. 6. P. 33.) https://doi: 10.24075/brsmu.2018.092
  11. Свистельник А. В., Ханин А. Л. 2014. Липосомные лекарственные препараты: возможности и перспективы. Медицина в Кузбассе. № 2. С. 7. (Svistelnik A. V., Khanin A. L. 2014. Liposomal drugs: opportunities and prospects. Medicine in Kuzbass. No. 2. Р. 7).
  12. Талалаева О. С., Зверев Я. Ф., Брюханов В. М. 2017. Клеточно-молекулярные механизмы, обеспечивающие терапевтическую эффективность гистохрома. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. Т. 15. № 4. С. 58. (Talalaeva O. S., Zverev Y. F., Bryukhanov V. M. 2017. The cellular and molecular mechanisms providing therapeutic efficiency of gistokhrom (in Russian). Rev. Clinical Pharmacol. Drug Ther. Vol. 15. Nо. 4. P. 58—68.) https://doi: 10.17816/RCF15458-68
  13. Тедеева Н. С., Мельников В. Я., Догадова Л. П. 2014. Применение гистохрома в офтальмологии. Тихоокеанский медицинский журнал. Т. 4. № 58. С. 17. (Tedeeva N. S., Melnikov V. Y., Dogadova L. P. 2014. Using of histochrom in ophthalmology. Pacific Medical Journal. V. 4. No. 58. P. 17.)
  14. Фитилев С. Б., Шкребнева И. И., Возжаев А. В. 2017. Основы рациональной фармакотерапии. Проблемный метод преподавания клинической фармакологии. М: РУДН. (Fitilev S. B., Shkrebneva I. I., Vozzhaev A. V. 2017. Fundamentals of rational pharmacotherapy (in Russian). Moscow: RUDN Med. Institute.)
  15. Adamczak M. I., Martinsen Ø. G., Smistad G., Hiorth M. 2017. Polymer coated mucoadhesive liposomes intended for the management of xerostomia. Int. J. Pharmaceutics. V. 527. P. 72. 10.1016/j.ijpharm.2017.05.032' target='_blank'>https://doi: 10.1016/j.ijpharm.2017.05.032
  16. Agarwal R., Iezhitsa I., Agarwal P., Abdul Nasir N. A., Razali N., Alyautdin R., Ismail N. M. 2016. Liposomes in topical ophthalmic drug delivery: an update. Drug Deliv. V. 23. No. 4. P. 1075. https://doi: 10.3109/10717544.2014.943336.
  17. Anderson H. A., Mathieson J. W., Thomson R. H. 1969. Distribution of spinochrome pigments in echinoids. Compar. Biochem. Physiol. V. 28. P. 333. 10.1016/0010-406X(69)91347-4' target='_blank'>https://doi: 10.1016/0010-406X(69)91347-4
  18. Angius F., Floris A. 2015. Liposomes and MTT cell viability assay: an incompatible affair. Toxicol In Vitro. V. 29. No. 2. P. 314. https://doi: 10.1016/j.tiv.2014.11.009
  19. Araki-Sasaki K., Ohashi Y., Sasabe T., Hayashi K., Watanabe H., TaNo. Y., Handa H. 1995 An SV40-immortalized human corneal epithelial cell line and its characterization. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. V. 36. No. 3. P. 614.
  20. Bonneau N, Baudouin C, Réaux-Le Goazigo A, Brignole-Baudouin F. 2022. An overview of current alternative models in the context of ocular surface toxicity. J. Appl. Toxicol. V. 42. No. 5. P. 718.
  21. Cartwright C. P., Juroszek J.-R., Beavan M. J., Ruby F. M. S., De Morais S. M. F., Rose A. H. 1986. Ethanol dissipates the proton-motive force across the plasma membrane of Saccharomyces cerevisiae. J. Gen. Microbiol. V. 132. I. 2. P. 369.
  22. Diaz G., Melis M., Musin A., Piludu M., Piras M., Falchi A. M. 2007. Localization of MTT formazan in lipid droplets. An alternative hypothesis about the nature of formazan granules and aggregates. Eur. J. Histochem. V. 51. No. 3. P. 213.
  23. DuBois M., Gilles K. A., Hamilton J. K., Rebers P. A., Smith F. 1956. Colorimetric method for determination of sugars and related substances. Anal. Chem. V. 28. No. 3. P. 350. https://doi.org/10.1021/ac60111a017
  24. Ebrahim S., Peyman G. A., Lee P. J. 2005. Applications of liposomes in ophthalmology. Surv. Ophthalmol. V. 50. No. 2. P. 167.
  25. El’kin Yu.N., Cherednichenko A. I., Kol’tsova E.A., Artyukov A. A. 2011. Electron capture mass spectrometry of echinochrome. A. J. Anal. Chem. V. 66. P. 1477. 10.1134/S1061934811140073' target='_blank'>https://doi: 10.1134/S1061934811140073
  26. Elyakov G., Maximov O., Mischenko N., Koltsova E., Fedoreev S., Glebko L., Krasovskaya N., Artjukov A. 2002. Histochrome and its therapeutic use in ophthalmology. U. S. Patent 6384084.
  27. Elyakov G., Maximov O., Mischenko N., Koltsova E., Fedoreev S., Glebko L., Krasovskaya N., Artjukov A. 2004. Composition comprising di-and trisodium salts of echinochrome for treating ocular conditions. Eur. Patent EP 1 121 929 B1.
  28. Elyakov G. B., Maximov O. B., Mischenko N. P., Koltsova E. A., Fedoreev S. A., Glebko L. I., Krasovskaya N., Artjukov A. 2007. Drug preparation “Histochrome” for treating acute myocardial infarction and ischemic heart diseases. Eur. Patent 1121930.
  29. Fernández-Ferreiro A., González Barcia M., Gil-Martínez M., Vieites-Prado A., Lema I., Argibay B., Blanco Méndez J., Lamas M. J., Otero-Espinar F.J. 2015. In vitro and in vivo ocular safety and eye surface permanence determination by direct and magnetic resonance imaging of ion-sensitive hydrogels based on gellan gum and kappa-carrageenan. Eur. J. Pharm. and Biopharm. V. 94. P. 342.
  30. Fielding R. M. 1991. Liposomal drug delivery. Advantages and limitations from a clinical pharmacokinetic and therapeutic perspective. Clin. Pharmacokinet. V. 21. No. 3. P. 155.
  31. Ingram L. O. 1976. Adaptation of membrane lipids to alcohols. J. Bacteriol. V. 125. No. 2. P. 670.
  32. Kaldybekov D. B., Tonglairoum P., Opanasopit P., Khutoryanskiy V. V. 2018. Mucoadhesive maleimide-functionalised liposomes for drug delivery to urinary bladder. Eur. J. Pharmac. Sc. V. 111. P. 83. 10.1016/j.ejps.2017.09.039' target='_blank'>https://doi: 10.1016/j.ejps.2017.09.039
  33. Khutoryanskiy V. V. 2011. Advances in mucoadhesion and mucoadhesive polymers. Macromol. Biosci. V.11. P. 748.
  34. 10.1002/mabi.201000388' target='_blank'>https://doi: 10.1002/mabi.201000388
  35. Kim H. K., Vasileva E. A., Mishchenko N. P., Fedoreyev S. A., Han J. 2021. Multifaceted clinical effects of echinochrome. Marine Drugs. V. 19. P. 412. 10.3390/md19080412' target='_blank'>https://doi: 10.3390/md19080412
  36. Knutsen S. H., Myslabodski D. E., Larsen B., Usov A. I. 1994. A modified system of nomenclature for red algal galactans. Botanica Marina. V. 37. No. 2. P. 163
  37. Lang J. C., Keister J. C., Missel P. J.T., Stancioff D. J. 1993. Use of carrageenans in topical ophthalmic compositions. Patent US5403841A.
  38. Langdon S. P. (Ed.). 2004. Cancer cell culture: methods and protocols. Seiten: Humana Press Inc. (Hersteller).
  39. Lieto K., Skopek R., Lewicka A., Stelmasiak M., Klimaszewska E., Zelent A., Szymański Ł., Lewicki S. 2022. Looking into the eyes — in vitro models for ocular research. Int. J. Mol. Sc. V. 23. No. 16. P. 9158. https://doi.org/10.3390/ijms23169158
  40. Liu Z. 2008. Preparation of botanical samples for biomedical research. Endocr. Metab. Immune Disord. Drug Targets. V. 8. P. 112. 10.2174/187153008784534358' target='_blank'>https://doi: 10.2174/187153008784534358
  41. Manconi M., Isola R., Falchi A. M., Sinico C., Fadda A. M. 2007. Intracellular distribution of fluorescent probes delivered by vesicles of different lipidic composition. Colloids Surf. B Biointerfaces. V. 57. No. 2. P. 143.
  42. Mishra G. P., Bagui M., Tamboli V., Mitra A. K. 2011. Recent applications of liposomes in ophthalmic drug delivery. J. Drug Delivery. V. 2011. P. 1. 10.1155/2011/863734' target='_blank'>https://doi: 10.1155/2011/863734
  43. Mosmann T. 1983. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays. J. Immun. Methods. V. 65. P. 55.
  44. Nguyen S. T., Nguyen H. T.-L., Truong K. D. 2020. Comparative cytotoxic effects of metanol, etanol and DMSO on human cancer cell lines. Biomed. Res. Ther. V. 7. P. 3855. 10.15419/bmrat.v7i7.614' target='_blank'>https://doi: 10.15419/bmrat.v7i7.614
  45. Nurul Alimah A. N., Alyautdin R., Agarwal R. 2013. Ocular tissue distribution of liposomes containing lipophilic dye: pegylated versus non-pegylated. In: Proc. Int. Symposium Ocular Pharmacol. Therap. 7—10th March 2013, Paris (additionally enclosed pages).
  46. Pellegrini G., Rama P., Rocco A., Panaras A., Luca M. 2014. Concise review: hurdles in a successful example of limbal stem cell-based regenerative medicine. Stem Cells. V. 32. P. 26. Pleyer U., Rückert D., Bachmann W., Schmidt K. H., Thiel H. J. 1991. Intraokulare verfugbareit liposomenverkapapselter monoklonare antikerper in kanunchenmodel. efgebnisse einer pilotstude (Germany). Fortschr. Ophthalmol. V. 88. P. 870.
  47. Rönkkö S., Vellonen K. S., Järvinen K., Toropainen E., Urtti A. 2016. Human corneal cell culture models for drug toxicity studies. Drug Deliv. Transl. Res. V. 6. No. 6. P. 660. https://doi: 10.1007/s13346-016-0330-y
  48. Schaffer Y. E., Krohn D. L. 1982. Liposomes in topical drug delivery. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. V. 22. P. 220.
  49. Seyfoddin A., Shaw J., Al-Kassas R. 2010. Solid lipid nanoparticles for ocular drug delivery. Drug delivery. V. 17. P. 467. https://doi: 10.3109/10717544.2010.483257
  50. Shafaie S., Hutter V., Cook M. T., Brown M. B., Chau D. Y. 2016. In vitro cell models for ophthalmic drug development applications. Biores. Open Access. V. 5. No. 1. P. 94.
  51. https://doi: 10.1089/biores.2016.0008
  52. Shit S. C., Shah P. M. 2014. Edible polymers: challenges and opportunities. J. Polymers. V. 2014. P. 1.
  53. 10.1155/2014/427259' target='_blank'>https://doi: 10.1155/2014/427259
  54. Soenen S. J., De Cuyper M. 2009. Assessing cytotoxicity of (iron oxide-based) nanoparticles: an overview of different methods exemplified with cationic magnetoliposomes. Contrast Media Mol. Imaging. V. 4. No. 5. P. 207. https://doi: 10.1002/cmmi.282
  55. Stockert J. C., Blázquez-Castro A., Cañete M., Horobin R. W., Villanueva A. 2012. MTT assay for cell viability: Intracellular localization of the formazan product is in lipid droplets. Acta Histochem. V. 114. No. 8. P. 785.
  56. Tang B. C., Dawson M., Lai S. K., Wang Y.-Y., Suk J. S., Yang M., Zeitlin P., Boyle M. P., Fu J., Hanes J. 2009. Biodegradable polymer nanoparticles that rapidly penetrate the human mucus barrier. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. V. 106. P. 19268.
  57. Thomson R. H. (Ed.) 1971. Naturally Occurring Quinones. London: Academic Press.
  58. Van Meenen J., Ní Dhubhghaill S., Van den Bogerd B., Koppen C. 2022. An Overview of advanced in vitro corneal models: implications for pharmacological testing. Tissue Eng. Part B Rev. V. 28. No. 3. P. 506. https://doi: 10.1089/ten.TEB.2021.0031
  59. Yermak I., Gorbach V., Glazunov V., Kravchenko A., Mishchenko N., Pimenova E., Davydova V. 2018. Liposomal form of the echinochrome-carrageenan complex. Mar. Drugs V. 16. P. 324. 10.3390/md16090324' target='_blank'>https://doi: 10.3390/md16090324
  60. Yermak I., Mischchenko N., Davydova V., Glazunov V., Tarbeeva D., Kravchenko A., Pimenova E., Sorokina, I. 2017. Carrageenans-sulfated polysaccharides from red seaweeds as matrices for the inclusion of echinochrome. Marine Drugs. V. 15. P. 337.
  61. Yermak I. M., Gorbach V. I., Karnakov I. A., Davydov V. N., Pimenova E. A., Chistyulin, D.А.; Isako, V.V., Glazunov V. P. 2021. Carrageenan gel beads for Echinochrome inclusion: Influence of structural features of carrageenan. Carbohydrate Polymers. V. 272: 118479. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118479
  62. Yermak I. M., Kim Y. H., Titlynov E. A., Isakov V. V., Solov’eva T.F. 1999. Chemical structure and gel properties of carrageenans from algae belonging to the Gigartinaceae and Tichocarpaceae, collected from the Russian Pacific Coast. J. Applied Phycol. V. 11. P. 41. 10.1023/A:1008071925884' target='_blank'>https://doi: 10.1023/A:1008071925884

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024