Cytotoxic and toxicological characteristics of oxidation-reduction dendrimers

Introduction. Oxidation-reduction dendrimers can produce anion-radicals, that is singlet oxygen and hydrogen peroxide. In this study toxicity of newly synthesized REDOX-dendrimer (RD) in mammalian cells in vitro and in vivo were preliminary evaluated. Objective: toxicity assessment of new RD for mammalian cells in vitro and in vivo. Materials and methods. Cytotoxicity studies of RD was made with MTT and direct living cells counting methods in Syrian hamster embryonic fibroblasts, modified with Src gene (HETR-SR); Syrian hamster embryonic fibroblasts, modified with NRAS gene (HEТR-NRAS); Chinese hamster ovary cancer cell line CHO-K1; erythroid human leukosis K562 and it’s subclone K562/iS9. In vivo toxicity was evaluated in healthy BDF mice using single intraperitoneal injection. Results. RD studies showed that it effectively influences cell lines with different catalase activity. 50 % growth inhibition (1C_%) was observed at concentration of RD: 6,871E-09- 7,031E-09 М - for HEТR-NRAS; 1,64E-08-1,78E-08 М - for HETR-SR; 2,92E-08- 3,06E-08 M-for СНО-К1 strain. For K562/iS9 and К562 IC₅₀ value was within the range from 1,698Е-005 to 2,606Е-005 М and from 1,288Е-005 to 1,722Е-005 М, respectively. Acute toxicity studies in mice showed that LD₁₀ = 948 + 4 mg/kg and LD₅₀ = 1000 + 21 (958 - 1043) mg/kg. Conclusion. New RD was studied in this research both in vitro and in vivo. It’s toxic parameters were determined in mammalian cells with different catalase strength. Obtained values of IC₅₀ ≤10^-4 М show that studied RD is cytotoxic. Acute toxicity studies in mice showed that RD influence on animals is dose dependant.

REDOX-дендример, цитотоксичность, токсикология, REDOX-dendrimer, cytotoxity, toxicology

1. Стукалов Ю.В., Григорьева Е.Ю., Калыгина Н.С. и др. Окислительно-восстановительные дендримеры. Российский биотерапевтический журнал 2016;15(4):40-3. DOI: 10.17650/1726-9784-2016-15-440-43.

2. Valko M., Leibfritz D., Moncol J. et al. Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease. Int J Biochem Cell Biol 2007;39(1):44-84. DOI: 10.1016/j.biocel.006.07.001. PMID: 16978905.

3. Cadenas E., Davies K.J. Mitochondrial free radical generation, oxidative stress, and aging. Free Radic Biol Med 2000; 29(3-4):222-30. DOI: 10.1016/S0891-5849(00)00317-8. PMID: 11035250.

4. Zhuang S., Yan Y., Daubert R.A. et al. ERK promotes hydrogen peroxide-induced apoptosis through caspase-3 activation and inhibition of Akt in renal epithelial cells. Am J Physiol Renal Physiol 2007;292(1):F440-7. DOI: 10.1152/ajprenal.00170.2006. PMID: 16885155.

5. Choi K., Kim J., Kim G.W., Choi C. Oxidative stress-induced necrotic cell death via mitochondria-dependent burst of reactive oxygen species. Curr Neurovasc Res 2009;6(4):213-22. DOI: 10.2174/156720209789630375. PMID: 19807658.

6. Mikalsen S.O., Holen I., Sanner T. Morphological transformation and cata-lase activity of Syrian hamster embryo cells treated with hepatic peroxisome proliferators, TPA and nickel sulphate. Cell Biol Toxicol 1990;6(1):1 -13. DOI: 10.1007/BF00135022. PMID: 2334865.

7. Дейчман Г.И., Кашкина Л.М., Матвеева В.А. и др. Фенотипические различия между трансформированными in vitro и опухолевыми клетками: ранние стадии естественного отбора in vivo. Вестник НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина РАМН 2001;12(3):16-24.

8. Hawes B.E., Luttrell L.M., Van Biesen T., Lefkowitzi R.J. Phosphatidylinositol 3-kinase is an early intermediate in the G beta gamma-mediated mitogen-activated protein kinase signa ling pathway. J Biol Chem 1996;271(21):12133-6. DOI: 10.1074/jbc.271.21.12133. PMID: 8647803.

9. Luczak M., Kazmierczak M., Handschuh L. et al. Comparative proteome analysis of acute myeloid leukemia with and without maturation. J Proteomics 2012;75(18):5734-48. DOI: 10.1016/j.jprot 2012.07.030. PMID: 22850270.

10. Сидорова Т.А., Вагида М.С., Калия О.Л., Герасимова Г.К. Роль каталазы в защите опухолевых клеток от окислительного стресса, индуцированного бинарной каталитической системой «терафтал + аскорбиновая кислота». Клиническая онкогематология 2014;7(3):282-9.

11. Sylvester P.W. Optimization of the tetrazolium dye (MTT) colorimetric assay for cellular growth and viability. Methods Mol Biol 2011;716:157-68. DOI: 10.1007/978-1-61779-012-6_9. PMID: 21318905.

12. Трещалина Е.М., Жукова О.С., Герасимова Г. К. и др. Методические указания по изучению противоопухолевой активности фармакологических веществ. В кн.: Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. Под ред. Р.У. Хабриева. М.: Медицина, 2005. С. 637-51.

13. Большаков О.П., Незнанов Н.Г., Бабаханян Р.В. Дидактические и этические аспекты проведения исследований на биомоделях и на лабораторных животных. Качественная клиническая практика 2002;1:58-61.

14. European Convention for the protection of vertebrate animals used for experi mental and other scientific purposes (Council of Europe, ETS No. 123). 1986.

15. Арзамасцев Е.В., Березовская И.В., Верстакова О.Л. и др. Методические рекомендации по изучению общетоксического действия лекарственных средств. В кн.: Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Под ред. А.Н. Миронова и др. М.: Гриф и К, 2012. С. 13-23.

16. Арзамасцев Е.В., Гуськова Т.А., Березовская И.В. и др. Методические указания по изучению общетоксиче ского действия фармакологических веществ. В кн.: Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. Под ред. Р.У. Хабриева. М.: Медицина, 2005. С. 41-53.

17. Беленький М.Л. Элементы количественной оценки фармакологического эффекта. Л., 1968. 151 с.

18. Гуськова Т.А. Токсикология лекарственных средств. М., 2003. С. 51-78.

19. Трахтенберг И.А., Сова А.Е., Шефтель В.О., Оникиенко Ф.А Проблема нормы в токсикологии. М.: Медицина, 1992. С. 48-142.