Russian Journal of BiotherapyRussian Journal of BiotherapyРоссийский биотерапевтический журнал1726-97841726-9792Publishing House ABV Press119410.17650/1726-9784-2019-19-1-96-103ORIGINAL REPORTSОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИEVALUATION OF ANTITUMOR ACTIVITY OF TUMOR NECROSIS FACTOR ALPHA WITHIN THE ARTIFICIAL VIRUS-LIKE PARTICLEИССЛЕДОВАНИЕ ПРОТИВООПУХОЛЕВОГО ДЕЙСТВИЯ ПРЕПАРАТА ФАКТОРА НЕКРОЗА ОПУХОЛИ АЛЬФА В СОСТАВЕ ИСКУССТВЕННОЙ ВИРУСОПОДОБНОЙ ЧАСТИЦЫhttps://orcid.org/0000-0001-7064-4117SysoevaG. M.СысоеваГ. М.
Russian Federation

Галина Михайловна Сысоева

sysoeva_gm@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4714-1524RyabchikovaE. I.РябчиковаЕ. И.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-1222-7574SimakovaO. V.СимаковаО. В.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0001-5028-5647VolosnikovaE. A.ВолосниковаЕ. А.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0001-9886-4939LebedevL. R.ЛебедевЛ. Р.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0001-5026-1602DanilenkoE. D.ДаниленкоЕ. Д.
Russian Federation
Institute of Medical Biotechnology of the State Research Center of Virology and Biotechnology Vector of the RospotrebnadzorИнститут медицинской биотехнологии ФБУН «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» РоспотребнадзораInstitute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesФГБУН Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН22032020191961032203202022032020https://bioterapevt.abvpress.ru/jour/article/view/1194

Introduction. Tumor necrosis factor α (TNF-α) is a natural cytokine, characterized by pronounced antitumor properties. A wide range of side effects serves as an obstacle for the use of TNF-α in clinical practice. One of the ways to improve its therapeutic properties is to increase the tropism of the cytokine to the tumor tissue by incorporating it into the targeted delivery system.

The aim of the study was to evaluate the antitumor activity of the preparation containing TNF-α as part of the artificial “virus-like particle” (VLP-TNF-α), developed in SRC VB “Vector” as a transport system for delivering proteins to target cells.

Materials and methods. The antitumor effect of VLP-TNF-α preparation was evaluated in experimental B16F10 melanoma model by the change of dynamics of tumor growth (volume, mass) and its morphological structure (presence of necrotic processes, blood vessel destruction). The number of the effector immune cells (CD3+, CD11b+) in the tumor tissue was determined by immunohistochemical method.

Results. It has been shown that VLP-TNF-α administered intravenously at the doses of 5 × 104 and 1 × 105 IU/mouse inhibits the growth of the primary tumor. The most pronounced and stable effect was observed with a five-fold administration at the dose of 1 × 105 IU/mouse every other day: tumor growth inhibition was 40 % on the 1st day, and 47 % on the 7 th day upon the treatment. Injections of the preparation resulted in the increase of necrosis number, destruction level of the tumor tissue, development of damage and destruction of the tumor blood vessels and its infiltration with immunocompetent cells.

Conclusion. The obtained data indicates that TNF-α within the delivery system exerts antitumor activity, which suggests the possibility of its further use for the treatment of malignant neoplasms, in particular, melanoma.

The study was performed in accordance with ethical principles adopted by the European Convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purposes.

Введение. Фактор некроза опухоли α (ФНО-α) – природный цитокин, обладающий выраженными противоопухолевыми свойствами. Широкий спектр побочных эффектов служит препятствием для применения ФНО-α в клинической практике. Одним из способов улучшения его терапевтических свойств является повышение тропности белка к ткани опухоли за счет включения в средства адресной доставки.

Цель исследования – изучение противоопухолевого действия препарата ФНО-α в составе искусственной вирусоподобной частицы (ВПЧ-ФНО-α), разработанной в ГНЦ ВБ «Вектор» для транспортировки белков к клеткам-мишеням.

Материалы и методы. Противоопухолевый эффект ВПЧ-ФНО-α исследовали на экспериментальной модели меланомы мышей B16F10 по изменению динамики роста опухоли (объем, масса) и ее морфологической структуры (наличие некротических процессов, деструкции сосудов). Содержание эффекторных клеток иммунной системы (CD3+, CD11b+) в ткани опухоли определяли иммуногистохимическим методом.

Результаты. ВПЧ-ФНО-α при внутривенном введении в дозах 5 × 104 и 1 × 105 МЕ/мышь замедлял рост первичной опухоли. Наиболее выраженный и стабильный эффект был отмечен при 5-кратном введении препарата в дозе 1 × 105 МЕ с интервалом 1 день: торможение роста опухоли составляло 40 и 47 % через 1 и 7 сут после окончания введения соответственно. Инъекции препарата вызывали увеличение степени деструкции опухолевой ткани и нарастание некротических изменений, повреждение и разрушение кровеносных сосудов опухоли, ее инфильтрацию иммунокомпетентными клетками.

Заключение. Полученные данные свидетельствуют о противоопухолевой активности препарата ФНО-α в средстве доставки, что позволяет предполагать возможность его применения в дальнейшем для лечения злокачественных новообразований, в частности меланомы.

Исследование выполнено в соответствии с этическими нормами обращения с животными, принятыми Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для исследовательских и иных научных целей.

tumor necrosis factor αvirus-like particlemelanomatumor growth inhibitionфактор некроза опухоли αвирусоподобная частицамеланоматорможение роста опухолиThe work was carried out with the financial support of the Ministry of education and science of the Russian Federation in the framework of the Federal target program “Development of the pharmaceutical and medical industry of the Russian Federation for the period up to 2020 and beyond”, State contract No. 14.N08. 12. 0089 from 29.08.2016.Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках Федеральной целевой программы «Развитие фармацевтической и медицинской промышленности Российской Федерации на период до 2020 года и дальнейшую перспективу», Государственный контракт № 14.N08.12.0089 от 29.08.2016 гLee S., Margolin K. Cytokines in cancer immunotherapy. Cancers 2011;3(4): 3856–93. doi: 10.3390/cancers3043856.Lejeune F.J., Rüegg C. Recombinant human tumor necrosis factor: an efficient agent for cancer treatment. Bull Cancer 2006;93(8):90–100.Roberts N.J., Zhou S., Diaz L.A.Jr., Holdhoff M. Systemic use of tumor necrosis factor alpha as an anticancer agent. Oncotarget 2011;2(10):739–51. DOI: 10.18632/oncotarget.344.Dai Y.C., Yang S.M., Wang X. et al. Antitumor effect and mechanism of action of a tumor-targeting recombinant human tumor necrosis factor-α fusion protein mediated by urokinase. Mol Med Rep 2015;11(6):4333–40. doi: 10.3892/mmr.2015.3313.Gong J., Tan G., Sheng N. et al. Targeted treatment of liver metastasis from gastric cancer using specific binding peptide. Am J Transl Res 2016;8(5):1945–56.Volosnikova E.A., Demin I.F., Levagina G.M. et al. The synthesis of TNFalpha conjugates with alendronic acid. Bioorganicheskaya khimiya = Russian Journal of Bioorganic Chemistry 2016;42(6):704–11. (In Russ.).Волосникова Е.А., Демин И.Ф., Левагина Г.М. и др. Синтез конъюгатов фактора некроза опухоли альфа с алендроновой кислотой. Биоорганическая химия 2016;42(6):704–11.Xu G., Gu H., Hu B. et al. PEG-b- (PELG-g-PLL) nanoparticles as TNF-α nanocarriers: potential cerebral ischemia/reperfusion injury therapeutic applications. Int J Nanomedicine 2017;12:2243–54. DOI: 10.2147/IJN.S130842.Farma J.M., Puhlmann M., Soriano P.A. et al. Direct evidence for rapid and selective induction of tumor neovascular permeability by tumor necrosis factor and a novel derivative, colloidal gold bound tumor necrosis factor. Int J Cancer 2007;120(11):2474–80. DOI: 10.1002/ijc.22270.Messerschmidt S.K., Musyanovych A., Altvater M. et al. Targeted lipid-coated nanoparticles: delivery of tumor necrosis factor-functionalized particles to tumor cells. J Control Release 2009;137(1):69–77.Masycheva V.I., Lebedev L.R., Danilenko E.D. et al. Anticancer drug based on nanoparticles bearing recombinant human tumor necrosis factor alpha. Patent № 2386447 RU C1. N 2008140246/15. Priority from 13.10.2008; date of publ. 20.04.2010. (In Russ.).Масычева В.И., Лебедев Л.Р., Даниленко Е.Д. и др. Противоопухолевое средство на основе наночастиц, несущих рекомбинантный фактор некроза опухоли альфа человека. Патент РФ № 2386447, опубл. 20.04.2010, заявка № 2008140246/15 от 13.10.2008.[Gamaley S.G., Bateneva A.V., Sysoeva G.M. et al. Pharmacokinetics and antitumor effects of the drug containing TNF-α in nanoparticles. Byulleten’ eksperimental’noy biologii i meditsiny = Bull Exp Biol Med 2010;149(3):320–3. (In Russ.).Гамалей С.Г., Батенева А.В., Сысоева Г.М. и др. Фармакокинетика и противоопухолевые свойства препарата ФНО-α в составе наночастиц. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины 2010;149(3):320–3. Доступно по: https://doi.org/10.1007/ s10517-010-0937-9.Gamaley S.G., Danilenko E.D., Bateneva A.V. et al. Pharmacokinetics of molecular construction for deposition and transportation of biologically active substances to target cells. Sibirskiy meditsinskiy zhurnal = The Siberian Medical Journal 2008;23(3):92–5. (In Russ.).Гамалей С.Г., Даниленко Е.Д., Батенева А.В. и др. Фармакокинетика молекулярной конструкции для депонирования и транспортировки к клеткам-мишеням биологически активных веществ. Сибирский медицинский журнал 2008;23(3):92–5.Tandle A., Hanna E., Lorang D. et al. Tumor vasculature-targeted delivery of tumor necrosis factor-alpha. Cancer 2009;115(1):128–39. DOI: 10.1002/cncr.24001.Jiang J., Bischof J. Effect of timing, dose and interstitial versus nanoparticle delivery of tumor necrosis factor alpha in combinatorial adjuvant cryosurgery treatment of ELT-3 uterine fibroid tumor. Cryo Letters 2010;31(1):50–62.Manzo T., Sturmheit T., Basso V. et al. T-cells redirected to a minor histocompatibility antigen instruct intratumoral TNFα expression and empower adoptive cell therapy for solid tumors. Cancer Res 2017;77(3):658–71. doi: 10.1158/0008-5472. CAN-16-0725.Porcellini S., Asperti C., Valentinis B. et al. The tumor vessel targeting agent NGR-TNF controls the different stages of the tumorigenic process in transgenic mice by distinct mechanisms. Oncoimmunology 2015;4(10):1041700. DOI: 10.1080/2162402X.2015.1041700.Tang H., Qiao J., Fu Y.X. Immunotherapy and tumor microenvironment. Cancer Lett 2016;370(1):85–90. doi: 10.1016/j.canlet.2015.10.009.Tähtinen S., Kaikkonen S., MerisaloSoikkeli M. et al. Favorable alteration of tumor microenvironment by immunomodulatory. Cytokines for efficient T-cell therapy in solid tumors. PLoS One 2015;10(6):0131242. doi: 10.1371/journal.pone.0131242.Fisher T.S., Hooper A.T., Lucas J. et al. A CD3-bispecific molecule targeting P-cadherin demonstrates T cell-mediated regression of established solid tumors in mice. Cancer Immunol Immunother 2018;67(2):247–59. doi: 10.1007/s00262-017-2081-0.Gooden M.J., de Bock G.H., Leffers N. et al. The prognostic influence of tumour-infiltrating lymphocytes in cancer: a systematic review with meta-analysis. Br J Cancer 2011;105(1):93–103. doi: 10.1038/bjc.2011.189.