Влияние облучения и наночастиц оксида марганца на гликолиз клеток глиомы человека U-87 MG

Глиомы – это наиболее распространенный тип злокачественной опухоли головного мозга. Стандартное лечение глиом заключается в хирургическом иссечении опухоли с последующей химио- и радиотерапией. Опухолевые клетки характеризуются быстрым делением с потреблением большого количества глюкозы и ее расщеплением в процессе гликолиза. Для поддержания быстрого деления уровень гликолитической активности опухолевой клетки значительно увеличен по сравнению с нормальными клетками. Известно, что некоторые наночастицы (НЧ) обладают свойством накапливаться в опухолях. В частности, НЧ оксида марганца могут проникать в мозг и при значительном накоплении вызывать токсические эффекты. Эти факты послужили предпосылкой для изучения эффектов НЧ оксида марганца на жизнеспособность клеток глиомы. Целью нашей работы было исследование эффектов НЧ оксида марганца, а также их сочетания с гамма-облучением на гликолиз клеток глиомы. Облучение клеток производили на исследовательской гамма-установке радиобиологической «ИГУР-1» на основе 137Cs. Уровень активности клеточного гликолиза определяли с помощью стандартного метода гликолитического стресса на приборе Seahorse XFp. Жизнеспособность клеток определяли с помощью окрашивания реагентом ViaCount живых и мертвых клеток. Подсчет клеток проводился с помощью проточной цитометрии. Мы показали, что гликолиз клеток глиомы U-87 MG значительно снижался при инкубации в течение 48 ч с НЧ оксида марганца. Облучение в комплексе с НЧ или отдельно не оказывало значительных эффектов на гликолиз глиом. Нами установлено, что через 72 ч после начала инкубации с НЧ оксида марганца жизнеспособность глиом достоверно снижалась. Данное исследование может быть полезным для разработки новой терапии и диагностики глиом.

глиома, наночастицы, оксид марганца, гликолиз

1. Завьялов Е.Л., Разумов И.А., Герлинская Л.А., Ромащенко А.В. In vivo МРТ-визуализация динамики развития глиобластомы U87 в модели ортотопической ксенотрансплантации мышам линии SCID. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2015; 19(4):460-465. DOI 10.18699/J15.061.

2. Caruso G., Caffo M., Alafaci C., Raudino G., Cafarella D., Lucerna S., Salpietro F.M., Tomasello F. Could nanoparticle systems have a role in the treatment of cerebral gliomas? Nanomedicine. 2011;7(6):744752. DOI 10.1016/j.nano.2011.02.008.

3. Claes A., Idema A.J., Wesseling P. Diffuse glioma growth: a guerilla war. Acta Neuropathol. 2007;114(5):443-458. DOI 10.1007/s00401007-0293-7.

4. Hernandez-Pedro N.Y., Rangel-Lopez E., Magana-Maldonado R., de la Cruz V.P., del Angel A.S., Pineda B., Sotelo J. Application of nanoparticles on diagnosis and therapy in gliomas. Biomed. Res. Int. 2013;351031:1-20. DOI 10.1155/2013/351031.

5. Kuper K.E., Zavjalov E.L., Razumov I.А., Romaschenko A.V., Stupak A.S., Troicky S.Yu., Goldenberg B.G., Legkodymov А.G., Lemzyakov A.A., Moshkin M.P. Cytopathic effects of X-ray irradiation and MnO nanoparticles on human glioblastoma (U87). Physics Procedia. 2016;84:252-255. DOI 10.1016/j.phpro.2016.11.043.

6. Landgraf L., Muller I., Ernst P., Schafer M., Rosman C., Schick I., Kohler O., Oehring H., Breus V.V., Basche T., Sönnichsen C., Treme W., Hilger I. Comparative evaluation of the impact on endothelial cells induced by different nanoparticle structures and functionalization. Beilstein J. Nanotechnol. 2015;6:300-312. DOI 10.3762/bjnano.6.28.

7. Lenting K., Verhaak R., Ter Laan M., Wesseling P., Leenders W. Glioma: Experimental models and reality. Acta Neuropathol. 2017; 133(2):263-282. DOI 10.1007/s00401-017-1671-4.

8. Louis D.N., Perry A., Reifenberger G., von Deimling A., FigarellaBranger D., Cavenee W.K., Ohgaki H., Wiestler O.D., Kleihues P., Ellison D.W. The 2016 World Health Organization classification of tumors of the central nervous system: A summary. Acta Neuropathol. 2016;131(6):803-820. DOI 10.1007/s00401-016-1545-1.

9. Naidu M.D., Mason J.M., Pica R.V., Fung H., Pena L.A. Radiation resistance in glioma cells determined by DNA damage repair activity of Ape1/Ref-1. J. Radiat. Res. 2010;51(4):393-404. DOI 10.1269/jrr.09077.

10. Oh N., Park J.H. Endocytosis and exocytosis of nanoparticles in mammalian cells. Int. J. Nanomedicine. 2014;9(1):51-63. DOI 10.2147/IJN.S26592.

11. Pavlova N.N., Thompson C.B. The emerging hallmarks of cancer metabolism. Cell Metab. 2016;23(1):27-47. DOI 10.1016/j.cmet.2015. 12.006.

12. Poteet E., Choudhury G.R., Winters A., Li W., Ryou M.G., Liu R., Tang L., Ghorpade A., Wen Y., Yuan F., Keir S.T., Yan H., Bigner D.D., Simpkins J.W., Yang S.H. Reversing the Warburg effect as a treatment for glioblastoma. J. Biol. Chem. 2013;288(13):91539164. DOI 10.1074/jbc.AAC118.005625.

13. Razumov I.A., Zavjalov E.L.,Troitskii S.Y.,Romashchenko A.V., Petrovskii D.V., Kuper K.E., Moshkin M.P. Selective cytotoxicity of manganese nanoparticles against human glioblastoma cells. Bull. Exp. Biol. Med. 2017;163(4):561-565. DOI 10.1007/s10517-017-3849-0.

14. Sarkaria J.N., Kitange G.J., James C.D., Plummer R., Calvert H., Weller M., Wick W. Mechanisms of chemoresistance to alkylating agents in malignant glioma. Clin. Cancer Res. 2008;14(10):29002908. DOI 10.1158/1078-0432.CCR-07-1719.

15. Steichen S.D., Caldorera-Moore M., Peppas N.A. A review of current nanoparticle and targeting moieties for the delivery of cancer therapeutics. Eur. J. Pharm. Sci. 2013;48(3):416-427. DOI 10.1016/j.ejps.2012.12.006.

16. Stupp R., Hegi M.E., Mason W.P., van den Bent M.J., Taphoorn M.J., Janzer R.C., Ludwin S.K., Allgeier A., Fisher B., Belanger K., Hau P., Brandes A.A., Gijtenbeek J., Marosi C., Vecht C.J., Mokhtari K., Wesseling P., Villa S., Eisenhauer E., Gorlia T., Weller M., Lacombe D., Cairncross J.G., Mirimanoff R.O. Effects of radiotherapy with concomitant and adjuvant temozolomide versus radiotherapy alone on survival in glioblastoma in a randomised phase III study: 5-year analysis of the EORTC-NCIC trial. Lancet Oncol. 2009;10(5):459-466. DOI 10.1016/S1470-2045(09)70025-7.

17. Tran S., DeGiovanni P.J., Piel B., Rai P. Cancer nanomedicine:Areview of recent success in drug delivery. Clin. Transl. Med. 2017;6(1):44. DOI 10.1186/s40169-017-0175-0.

18. Tzeng S.Y., Green J.J. Therapeutic nanomedicine for brain cancer. Ther. Deliv. 2013;4(6):687-704. DOI 10.4155/tde.13.38.

19. Vinardell M.P., Mitjans M. Antitumor activities of metal oxide nanoparticles. Nanomaterials (Basel). 2015;5(2):1004-1021. DOI 10.3390/nano5021004.

20. Warburg O., Wind F., Negelein E. The metabolism of tumors in the body. J. Gen. Physiol. 1927;8(6):519-530.