Antitumorski Efekat Novosintetisanih Kompleksa Rutenijuma(II) na Tumorske Ćelije in Vitro

Abstract

Увод:Упркос успеху у лечењу различитих врста тумора, клиничка ефикасност цисплатине је веома ограничена развијањем резистенције тумора на лек. Комплекси рутенијума као антитуморски агенси највише обећавају, показујући цитотоксичну активност код тумора резистентних на цисплатину. Сматра се да ове особине једињења рутенијума потичу од њихове способности да имитирају начин везивања гвожђа за биомолекуле као што су хумани серум албумин и трансферин. Будући да туморске ћелије на својим мембранама повећано експримирају трансферинске рецепторе због повећане потребе за гвожђем, допремање комплекса рутенијума до канцерских ћелија је ефикасније у односу на друге комплексе метала.

Циљ:Студија се бави испитивањем потенцијалне цитотоксичности два новосинтетисана комплекса рутенијума: Ru-1, [Ru(Cl-Ph-tpy)(o-pda)Cl]Cl (Cl-Ph-tpy = 4-(4'-hlorofenil)- 2,2',6',2''-terpiridin, o-pda = o-fenilendiamin) и Ru-2, [Ru(Cl-Ph-tpy)(phen)Cl]Cl(Cl-Ph-tpy = 4- (4'-hlorofenil)-2,2',6',2''-terpiridin,phen = 1,10-fenantrolin) на следећим туморским ћелијама: A549 – аденокарцином плућа, MCF7 – карцином дојке, HeLa – карцином цервикса, Hs 294T – малигни меланом и на ћелијској линији здравих фибробласта MRC-5 (контрола).

Материјал и метод:Цитотоксичност комплекса рутенијума Ru-1 и Ru-2 на туморским и контролним, здравим ћелијама је одређивана МТТ методом. Тип ћелијске смрти као и релативни однос некротичне и апоптотичне смрти туморских ћелија изазване тестираним комплексима испитиван је методом проточне цитометрије ћелија бојених Annexin-ом V и 7- аминоактиномицином D. Фазе ћелијског циклуса су одређиване методом бојења пропидијум-јодидом. Активација и локализација кључних протеина укључених у процес апоптозе је одређена проточном цитометријом бојењем специфичним антителима.

Резултати: Цитотоксичност комплекса рутенијума Ru-1 и Ru-2 је испитана на четири туморске ћелијске линије (A549, MCF7, HeLa и Hs294T) и на здравим фибробластима (MRC5). Наши резултати јасно показују значајно смањење вијабилности туморских ћелија. Такође, оба комплекса рутенијума су снажно индуковала апоптозу третираних ћелија са високим процентом апоптотских ћелија и занемарљивим процентом некротичних ћелија.

Закључак: Комплекси рутенијума(II) показују селективну антитуморску активност која је, у неким случајевима, и већа него цитотоксична активност цисплатине. Комплекси Ru-1 и Ru-2готово да нису имали дејство на вијабилност фибробласта. Прецизни механизам деловања комплекса рутенијума(II) није у потпуности разјашњен. Међутим, показано је да оба комплекса смањују вијабилност туморских ћелија индукцијом апоптозе и заустављањем ћелијског циклуса у одређеној фази.

Alternate abstract:

Introduction:Ruthenium complexes might be very promising candidates as antitumor agents, showing activity in tumors which had developed resistance to cisplatin or in which cisplatin is inactive. This is believed to be due to the ability of ruthenium to mimic iron in binding to biomolecules, such as human serum albumin and transferrin. As cancer cells overexpress transferrin receptors, to satisfy their increased demand for iron, ruthenium-based drugs may be delivered more efficiently to cancer cells compared to other metal-based drugs.

Objective:The aim of our study was to investigate antitumor effect and the mechanism of action of two newly sinthesized ruthenium complexes: Ru-1, [Ru(Cl-Ph-tpy)(o-pda)Cl]Cl (Cl-Ph-tpy = 4- (4'-hlorofenil)-2,2',6',2''-terpiridin, o-pda = o-fenilendiamin) and Ru-2, [Ru(Cl-Phtpy)( phen)Cl]Cl(Cl-Ph-tpy = 4-(4'-hlorofenil)-2,2',6',2''-terpiridin,phen = 1,10-fenantrolin) against human cancer cell lines: A549 - lung cancer, MCF-7 - breast cancer, HeLa - cervical cancer, Hs 294T- melanoma and one non-cancerous cell line MRC-5 - healthy fibroblasts (control).

Material and Methods:The cytotoxicity of two newly synthesized Ru(II) polypyridyl complexes Ru-1 and Ru-2 on experimental and control group of cells was determined by the MTT assay. Apoptosis of both control and experimental group of tumor cells was estimated by annexin Vfluorescein isothiocyanate (FITC)/7-amino-actinomycin D (7-AAD) staining. The cell cycle distribution was determined using propidium iodide staining. The localization and activation of key apoptotic proteins (bax, bcl-2, cytochrome c and caspase-3) was determined by flowcytometry.

Results:The cytotoxicity of two ruthenium(II) complexes 1 and 2 was evaluated in four human cancer cell lines (A549, MCF7, HeLa and Hs294T) and in one non-cancer cell line (MRC-5). Our results clearly showed significant decrease of cancer cells’ viability compared to the viability of control, non-cancerous cells, with specific individual cell lines sensitivities. Both ruthenium complexes strongly induced apoptosis of treated cancer cells via intrinsic or mitochondrial pathway, with high percentages of apoptotic cells and negligible percentage of necrotic cells making these compounds suitable for further anticancer evaluation.

Conclusion: The newly synthesized ruthenium(II) complexes 1 and 2 showed selective anticancer activity against different types of cancer cells. In some cases, their activity is even higher than that of cisplatin in the same cells. Moreover, it is very important to delineate that these complexes had almost no effect in tested concentrations on viability of healthy cells in vitro. The precise mechanism of action of investigated ruthenium(II) complexes is not fully understood. However, our results showed that both complexes decreased viability of cancer cells by induction of apoptosis and/or by cell cycle arrest which implies their different mechanism of action on different types of cancer cells.