oncotomskСибирский онкологический журналSiberian journal of oncology1814-48612312-3168Tomsk National Research Medical Сепtеr of the Russian Academy of Sciences10.21294/1814-4861-2019-18-5-68-73oncotomsk-1190Research ArticleЛАБОРАТОРНЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯLABORATORY AND EXPERIMENTAL STUDIESИЗУЧЕНИЕ ПОВРЕЖДЕННОСТИ ДНК КЛЕТОК КУЛЬТУРЫ HeLa МЕТОДОМ ДНК-КОМЕТ ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ УЛЬТРАЗВУКОМ И 5-ФТОРУРАЦИЛОМSTUDY OF THE DNA DAMAGE IN HeLa CELLS EXPOSED TO THE COMBINATION OF ULTRASOUND AND 5-FLUORURACYLhttps://orcid.org/0000-0003-3618-6890ФранциянцЕ. М.FrantsiyantsE. M.

Франциянц Елена Михайловна, доктор биологических наук, профессор, заместитель генерального директора по науке, руководитель лаборатории изучения патогенеза злокачественных опухолей

344037, г. Ростов-на-Дону, ул. 14-я линия, 63

SPIN-код: 9427-9928

Elena M. Frantsiyants, Professor, Deputy General Director for Science, Head of Laboratory of Malignant Tumor Pathogenesis Study

63, 14 Liniya Street, 344037-Rostov-on-Don

sunsur2000@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4318-7587СуриковаЕ. И.SurikovaE. I.

Сурикова Екатерина Игоревна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории изучения патогенеза злокачественных опухолей

344037, г. Ростов-на-Дону, ул. 14-я линия, 63

SPIN-код: 2401-4115

AuthorID (РИНЦ): 301537. ORCID:

Ekaterina I. Surikova, PhD, Senior Researcher, Laboratory of Malignant Tumor Pathogenesis Study

63, 14 Liniya Street, 344037-Rostov-on-Don

sunsur2000@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6265-8500ГорошинскаяИ. А.GoroshinskayaI. A.

Горошинская Ирина Александровна, доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории изучения патогенеза злокачественных опухолей

344037, г. Ростов-на-Дону, ул. 14-я линия, 63

SPIN-код: 9070-4855

Irina A. Goroshinskaya, Professor, Leading Researcher, Laboratory of Malignant Tumor Pathogenesis Study

63, 14 Liniya Street, 344037-Rostov-on-Don

https://orcid.org/0000-0002-9683-2164МоисеенкоТ. И.MoiseenkoT. I.

Моисеенко Татьяна Ивановна, доктор медицинских наук, профессор, главный научный сотрудник отделения гинекологии

344037, г. Ростов-на-Дону, ул. 14-я линия, 63

SPIN код: 6341-0549

Tatiana I. Moiseenko, MD, Professor, Senior Researcher, Department of Gynecologic Oncology

63, 14 Liniya Street, 344037-Rostov-on-Don

НазаралиеваН. А.NazaralievaN. A.

Назаралиева Нелли Альбертовна, аспирант, отделение гинекологии

344037, г. Ростов-на-Дону, ул. 14-я линия, 63

 

Nelli A. Nazaralieva, Postgraduate, Department of Gynecologic Oncology

63, 14 Liniya Street, 344037-Rostov-on-Don

https://orcid.org/0000-0002-5221-3644ПотемкинД. С.PotemkinD. S.

Потемкин Дмитрий Сергеевич, младший научный сотрудник лаборатории молекулярной онкологии

344037, г. Ростов-на-Дону, ул. 14-я линия, 63

 

Dmitriy S. Potemkin, Junior Researcher, Laboratory of Molecular Oncology

63, 14 Liniya Street, 344037-Rostov-on-Don

ВасильченкоН. Г.VasilchenkoN. G.

Васильченко Никита Геннадьевич, младший научный сотрудник лаборатории молекулярной онкологии

344037, г. Ростов-на-Дону, ул. 14-я линия, 63

 

Nikita G. Vasilchenko, Junior Researcher, Laboratory of Molecular Oncology

63, 14 Liniya Street, 344037-Rostov-on-Don

ФГБУ «Ростовский научно-исследовательский онкологический институт» Минздрава РоссииРоссияRostov Research Institute of Oncology of the Ministry of Health of RussiaRussian Federation2019311020191856873Copyright © Франциянц Е.М., Сурикова Е.И., Горошинская И.А., Моисеенко Т.И., Назаралиева Н.А., Потемкин Д.С., Васильченко Н.Г., 20192019Франциянц Е.М., Сурикова Е.И., Горошинская И.А., Моисеенко Т.И., Назаралиева Н.А., Потемкин Д.С., Васильченко Н.Г.Frantsiyants E.M., Surikova E.I., Goroshinskaya I.A., Moiseenko T.I., Nazaralieva N.A., Potemkin D.S., Vasilchenko N.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.siboncoj.ru/jour/article/view/1190

Для понимания механизма эффективности локального применения 5 % геля 5-фторурацила (5-ФУ) с одновременным контактным ультразвуковым (УЗ) воздействием на опухоль у больных раком шейки матки в модельных условиях был изучен уровень поврежденности ДНК. Использована культура аденокарциномы шейки матки HeLa CC L-2, культивированная в стандартных условиях в среде RPMI-1640 с добавлением 10 % фетальной сыворотки теленка и 50 мкг/мл гентамицина. Воздействие ультразвуком осуществляли с помощью аппарата УЗТ-1.03У (Россия) в течение 10 мин с частотой 0,88 МГц и интенсивностью 0,2 Вт/см2. Доза 5-ФУ составила 0,7 мкМ, время воздействия 24 ч. Через 24 ч после начала воздействия уровень поврежденности ДНК клеток культуры исследовали методом ДНК-комет (Comet Assay) в щелочном варианте и оценивали по параметру % ДНК в хвосте кометы (% TDNA). Комбинированное воздействие УЗ/5-ФУ приводило к статистически значимому увеличению % TDNA – в 5,2 раза по сравнению с контрольной культурой, при этом % TDNA был в 1,9 раза выше показателя после воздействия только 5-ФУ и в 3,0 раза выше показателя после воздействия УЗ. Через 24 ч после комбинированного воздействия менее 50 % клеток культуры имели низкий уровень поврежденности ДНК (<10 % TDNA), то есть закончили процесс репарации и могли продолжить пролиферацию, а более 30 % клеток культуры все еще имели высокий уровень поврежденности (>30 % TDNA) и, вероятно, находились в процессе апоптоза. Таким образом, комбинированное воздействие УЗ/5-ФУ на культуру HeLa способствовало преодолению резистентности к химиопрепарату, оказывая синергический эффект.

To understand the mechanism of the effect of 5 % 5-fluorouracil (5-FU) gel used simultaneously with ultrasound (US ) on a tumor in patients with cervical cancer, the level of DNA damage was studied in vitro. We used cervical adenocarcinoma HeLa CC L-2 cells cultured under standard conditions in RPMI-1640 medium with 10 % fetal bovine serum and 50 μg / ml gentamicin. Ultrasound exposure lasted 10 min. (frequency of 0.88 MHz and intensity of 0.2 W / cm2). The 5-FU dose was 0.7 мкМ, with the time of exposure of 24 hours. In 24 hours after starting exposure, the level of DNA damage to the cells of the culture was studied using the comet assay in the alkaline version and evaluated by the % DNA parameter in the comet tail (% TDNA). The statistical significance of the differences was evaluated using the Mann-Whitney U test and Fisher’s exact test. The combined exposure to ultrasound / 5-FU led to a 5.2-fold increase in % TDNA compared to the control culture, % TDNA was 1.9 times higher after exposure to 5-FU alone and 3.0 times higher after exposure to ultrasound alone. In 24 hours after the combined exposure, less than 50 % of the culture cells had a low level of DNA damage (<10 % TDNA), i.e. completed the repair process and could continue to proliferate, and more than 30 % of the culture cells still had a high level of damage (>30 % TDNA) and were probably in the process of apoptosis. Thus, the results of the study showed that the combined effect of ultrasound / 5-FU on the HeLa culture helped to overcome resistance to chemotherapy, having a synergistic effect.

поврежденность ДНКДНК-кометыкультура HeLa5-фторурацилультразвукхимиорезистентностьрак шейки маткиDNA damageDNA cometsHeLa culture5-fluorouracilultrasoundchemoresistancecervical cancerReferencesМерабишвили В.М., Бахидзе Е.В., Лалианци Э.И., Урманчеева А.Ф., Красильников И.А. Распространенность гинекологического рака и выживаемость больных. Вопросы онкологии. 2014; 60(3): 288–297.Merabishvili V.M., Bakhidze E.V., Laliantsy E.I., Urmancheeva A.F., Krasilnikov I.A., Atroshchenko A.V. Prevalence of gynecological cancer and survival of patients. Problems in Oncology. 2014; 60(3): 288–297. (in Russian).Кит О.И., Франциянц Е.М., Меньшенина А.П., Моисеенко Т.И., Ушакова Н.Д., Попова Н.Н., Якушин А.В. Роль плазмафереза и ксенонотерапии в коррекции острых последствий хирургической менопаузы у больных раком шейки матки. Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2016; 117(03). URL: http://ej.kubagro.ru/2016/03/pdf/29.pdf. (дата обращения: 24.01.2019).Kit O.I., Frantsiyants E.M., Men’shenina A.P., Moiseenko T.I., Ushakova N.D., Popova N.N., Yakushin A.V. Role of plasmapheresis and xenon therapy in correcting the acute effects of surgical menopause in patients with cervical cancer. Scientific Journal of Kuban State Agrarian University. 2016; 117(03). URL: http://ej.kubagro.ru/2016/03/pdf/29.pdf. (дата обращения: 24.01.2019). (in Russian).Аксель Е.М., Виноградова Н.Н. Статистика злокачественных новообразований женских репродуктивных органов. Онкогинекология. 2018; 27(3): 64–78.Aksel E.M., Vinogradova N.N. Statistics of malignant neoplasms of female reproductive organs. Oncogenecology. 2018; 27(3): 64–78. (in Russian).Меньшенина А.П., Моисеенко Т.И., Ушакова Н.Д. Возможности оптимизации предоперационной полихимиотерапии у больных инвазивным раком шейки матки. Злокачественные опухоли. 2014; (3): 30–36. doi: 10.18027/2224-5057-2014-3-30-36.Menshenina A.P., Moiseenko T.I., Ushakova N.D. Possibilities for optimizing preoperative polychemotherapy in patients with invasive cervical cancer. Malignant tumors. 2014; (3): 30–36. (in Russian)]. doi: 10.18027/2224-5057-2014-3-30-36.Меньшенина А.П., Моисеенко Т.И., Франциянц Е.М., Ушакова Н.Д., Назаралиева Н.А. Сравнительная оценка различных модификаций предоперационной полихимиотерапии у больных местно-распространенным раком шейки матки. Фундаментальные исследования. 2015; (1–8): 1629–1633.Menshenina A.P., Moiseenko T.I., Frantsiyants E.M., Ushakova N.D., Nazaralieva N.A. Comparative assessment of various modifications preoperative polychemotherapy in patients with locally advanced cervical cancer. Fundamental research. 2015; (1–8): 1629–1633. (in Russian).Моисеенко Т.И., Назаралиева Н.А., Меньшенина А.П., Непомнящая Е.М., Вереникина Е.В., Черкасова А.А., Адамян М.Л. Комбинированная сонодинамическая неоадъювантная полихимиотерапия в лечении больных раком шейки матки. Журнал научных статей «Здоровье и образование в XXI веке». 2016; 8(10): 42–48.Moiseenko T.I., Nazaralieva N.A., Menshenina A.P., Nepomnjashaja E.M., Verenikina E.V., Cherkasova A.A., Adamyan M.L. Combined sonodynamic neoadjuvant chemotherapy in the treatment of patients with cervical cancer. Journal of scientific articles «Health and Education Millennium». 2016; 8(10): 42–48. (in Russian).Водолажский Д.И., Назаралиева Н.А., Моисеенко Т.И., Франциянц Е.М., Потемкин Д.С., Васильченко Н.Г., Меньшенина А.П. Усиление цитотоксического действия 5-фторурацила при сочетанном применении с ультразвуком. Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2018; 198(2): 100–105. doi 10.23683/0321-3005-2018-2-100-105.Vodolazhsky D.I., Nazaralieva N.A., Moiseenko T.I., Frantsiyants E.M., Potemkin D.S., Vasilchenko N.G., Menshenina A.P. Intensification of cytotoxic activity of 5-fluorouracil in combined use with ultrasound. University news. North-caucasian region. Natural sciences series. 2018; 198(2): 100–105. (in Russian). doi 10.23683/0321-3005-2018-2-100-105.Оценка генотоксических свойств методом ДНК-комет in vitro. Методические рекомендации МР 4.2 0014-10. М., 2010. 15 с.Assessment of genotoxic properties by the method of DNA comets in vitro. Guidelines MR 4.2 0014-10. Moscow, 2010. 15 p. (in Russian).Тарнопольская О.В., Сурикова Е.И., Горошинская И.А., Тихановская Н.М. Способы оценки повреждения ДНК в лейкоцитах крови у пациенток раком молочной железы методом ДНК-комет. Клиническая и экспериментальная морфология. 2016; 18(2): 60–65.Tarnopolskaya O.V., Surkova E.I., Goroshinskaya I.A., Tichanovskaya N.M. Evaluation of DNA damage by comet assay in blood leukocytes in patients with breast cancer. 2016; 18(2): 60–65. (in Russian).Chemeris N.K., Gapeyev A.B., Sirota N.P., Gudkova O.Y., Kornienko N.V., Tankanag A.V., Konovalov I.V., Buzoverya M.E., Suvorov V.G., Logunov V.A. DNA damage in frog erythrocytes after in vitro exposure to a high peak-power pulsed electromagnetic field. Mutat Res. 2004; 558(1–2): 27–34. doi: 10.1016/j.mrgentox.2003.10.017.Chemeris N.K., Gapeyev A.B., Sirota N.P., Gudkova O.Y., Kornienko N.V., Tankanag A.V., Konovalov I.V., Buzoverya M.E., Suvorov V.G., Logunov V.A. DNA damage in frog erythrocytes after in vitro exposure to a high peak-power pulsed electromagnetic field. Mutat Res. 2004; 558(1–2): 27–34. doi: 10.1016/j.mrgentox.2003.10.017.Hu Z., Lv G., Li Y., Li E., Li H., Zhou Q., Yang B., Cao W. Enhancement of anti-tumor effects of 5-fluorouracil on hepatocellular carcinoma by low-intensity ultrasound. J Exp Clin Cancer Res. 2016 Apr 22; 35: 71. doi: 10.1186/s13046-016-0349-4.Hu Z., Lv G., Li Y., Li E., Li H., Zhou Q., Yang B., Cao W. Enhancement of anti-tumor effects of 5-fluorouracil on hepatocellular carcinoma by low-intensity ultrasound. J Exp Clin Cancer Res. 2016 Apr 22; 35: 71. doi: 10.1186/s13046-016-0349-4.Wang X., Wang Y., Wang P., Cheng X., Liu Q. Sonodynamically induced anti-tumor effect with protoporphyrin IX on hepatoma22 solid tumor. Ultrasonics. 2011 Jul; 51(5): 539–46. doi: 10.1016/j.ultras.2010.12.001.Wang X., Wang Y., Wang P., Cheng X., Liu Q. Sonodynamically induced anti-tumor effect with protoporphyrin IX on hepatoma22 solid tumor. Ultrasonics. 2011 Jul; 51(5): 539–46. doi: 10.1016/j.ultras.2010.12.001.Gao Z., Zheng J., Yang B., Wang Z., Fan H., Lv Y., Li H., Jia L., Cao W. Sonodynamic therapy inhibits angiogenesis and tumor growth in a xenograft mouse model. Cancer Lett. 2013 Jul 10; 335(1): 93–9. doi: 10.1016/j.canlet.2013.02.006.Gao Z., Zheng J., Yang B., Wang Z., Fan H., Lv Y., Li H., Jia L., Cao W. Sonodynamic therapy inhibits angiogenesis and tumor growth in a xenograft mouse model. Cancer Lett. 2013 Jul 10; 335(1): 93–9. doi: 10.1016/j.canlet.2013.02.006.Wood A.K.W., Sehgal C.M. A review of low-intensity ultrasound for cancer therapy. Ultrasound Med Biol. 2015 Apr; 41(4): 905–28. doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2014.11.019.Wood A.K.W., Sehgal C.M. A review of low-intensity ultrasound for cancer therapy. Ultrasound Med Biol. 2015 Apr; 41(4): 905–28. doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2014.11.019.Sengupta S., Balla V.K. A review on the use of magnetic fields and ultrasound for non-invasive cancer treatment. J Adv Res. 2018 Jun 20; 14: 97–111. doi: 10.1016/j.jare.2018.06.003.Sengupta S., Balla V.K. A review on the use of magnetic fields and ultrasound for non-invasive cancer treatment. J Adv Res. 2018 Jun 20; 14: 97–111. doi: 10.1016/j.jare.2018.06.003.Yu T., Bai J., Hu K., Wang Z. Biological effects of ultrasound exposure on adriamycin-resistant and cisplatin-resistant human ovarian carcinoma cell lines in vitro. Ultrason Sonochem. 2004 Apr; 11(2): 89–94. doi: 10.1016/S1350-4177(03)00160-3.Yu T., Bai J., Hu K., Wang Z. Biological effects of ultrasound exposure on adriamycin-resistant and cisplatin-resistant human ovarian carcinoma cell lines in vitro. Ultrason Sonochem. 2004 Apr; 11(2): 89–94. doi: 10.1016/S1350-4177(03)00160-3.Hassan M.A., Furusawa Y., Minemura M., Rapoport N., Sugiyama T., Kondo T. Ultrasound-induced new cellular mechanism involved in drug resistance. PLoS One. 2012; 7(12): e48291. doi: 10.1371/journal.pone.0048291.Hassan M.A., Furusawa Y., Minemura M., Rapoport N., Sugiyama T., Kondo T. Ultrasound-induced new cellular mechanism involved in drug resistance. PLoS One. 2012; 7(12): e48291. doi: 10.1371/journal.pone.0048291.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.