oncotomskСибирский онкологический журналSiberian journal of oncology1814-48612312-3168Tomsk National Research Medical Сепtеr of the Russian Academy of Sciences10.21294/1814-4861-2021-20-1-87-96oncotomsk-1695Research ArticleЛАБОРАТОРНЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯLABORATORY AND EXPERIMENTAL STUDIESЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ОТДАЛЕННЫХ ПОСЛЕДСТВИЙ ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ЦИТОСТАТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА ЖЕНСКУЮ РЕПРОДУКТИВНУЮ ФУНКЦИЮ И ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИЕ ПУТИ ИХ СНИЖЕНИЯEXPERIMENTAL EVALUATION OF LONG-TERM ADVERSE SIDE EFFECTS OF CYTOSTATIC DRUGS ON FEMALE REPRODUCTIVE FUNCTION AND PHARMACOLOGICAL WAYS TO REDUCE THEMhttps://orcid.org/0000-0002-0651-4841БоровскаяТ. Г.BorovskayaT. G.

доктор биологических наук, профессор, заведующая лабораторией фармакологии репродуктивной системы

Researcher ID (WOS): I-9421-2017. Author ID (Scopus): 6602710212 Россия, 634028, г. Томск, пр. Ленина, 3

DSc, Professor, Head of the Laboratory of Pharmacology of the Reproductive System

Researcher ID (WOS): I-9421-2017. Author ID (Scopus): 6602710212

3, Lenin Ave., 634028-Tomsk, Russia

repropharm@yandex.ruГольдбергВ. Е.GoldbergV. E.

доктор медицинских наук, профессор, заместитель директора по научной и лечебной работе, заведующий отделением химиотерапии

SPIN-код: 7587-0560. Researcher ID (WOS): C-8911-2012. Author ID (Scopus): 54420064600 Россия, 634009, г. Томск, пер. Кооперативный, 5

MD, DSc, Professor, Head of Chemotherapy Department

Researcher ID (WOS): C-8911-2012. Author ID (Scopus): 54420064600

5, Kooperativny Street, 634009-Tomsk, Russia

goldbergve@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9052-3096ПолуэктоваМ. Е.PoluektovaM. E.

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории фармакологиирепродуктивной системы

Researcher ID (WOS): J-1748-2017. Author ID (Scopus): 6506366642 Россия, 634028, г. Томск, пр. Ленина, 3

PhD, Senior Research, Laboratory of Pharmacology of the Reproductive System

Researcher ID (WOS): J-1748-2017. Author ID (Scopus): 6506366642

3, Lenin Ave., 634028-Tomsk, Russia

marikotomsk@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6151-0985ВычужанинаА. В.VychuzhaninaA. V.

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории фармакологиирепродуктивной системы

Researcher ID (WOS): J-1763-2017. Author ID (Scopus): 54400640200 Россия, 634028, г. Томск, пр. Ленина, 3

PhD, Senior Research, Laboratory of Pharmacology of the Reproductive System

Researcher ID (WOS): J-1763-2017. Author ID (Scopus): 54400640200

3, Lenin Ave., 634028-Tomsk, Russia

https://orcid.org/0000-0002-0895-9000ЩемероваЮ. А.ShchemerovаYu. A.

кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории фармакологии репродуктивной системы

Researcher ID (WOS): D-1212-2018. Author ID (Scopus): 9842887800 Россия, 634028, г. Томск, пр. Ленина, 3

PhD, Research, Laboratory of Pharmacology of the Reproductive System

Researcher ID (WOS): 1212-2018. Author ID (Scopus): 9842887800

3, Lenin Ave., 634028-Tomsk, Russia

https://orcid.org/0000-0003-1863-088XГригорьеваВ. А.GrigorevaV. A.

младший научный сотрудник лаборатории фармакологии репродуктивной системы

Researcher ID (WOS): J-2316-2017. Author ID (Scopus): 157649622003 Россия, 634028, г. Томск, пр. Ленина, 3

Junior Research, Laboratory of Pharmacology of the Reproductive System

Researcher ID (WOS): J-2316-2017. Author ID (Scopus): 157649622003

3, Lenin Ave., 634028-Tomsk, Russia

https://orcid.org/0000-0002-3337-1516ЛигачеваА. А.LigachevaA. A.

кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории иммунофармакологии

Researcher ID (WOS): P-6962-2014. ORCID: 0000-0002-3337-151. Author ID (Scopus): 25653816900 Россия, 634028, г. Томск, пр. Ленина, 3

PhD, Research, Laboratory of Immunopharmacology

Researcher ID (WOS): P-6962-2014. Author ID (Scopus): 25653816900

3, Lenin Ave., 634028-Tomsk, Russia

vittelli@mail.ruБоханЕ. А.BokhanE. A.

младший научный сотрудник лаборатории фармакологии репродуктивной системы

SPIN-код: 5289-8079 Россия, 634028, г. Томск, пр. Ленина, 3

Junior Research, Laboratory of Pharmacology of the Reproductive System

3, Lenin Ave., 634028-Tomsk, Russia

Научно-исследовательский институт фармакологии и регенеративной медицины им. Е.Д. Гольдберга, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наукРоссияGoldberg Research Institute of Pharmacology and Regenerative Medicine, Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of SciencesRussian FederationНаучно-исследовательский институт онкологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наукРоссияCancer Research Institute, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of SciencesRussian Federation2021040320212018796Copyright © Боровская Т.Г., Гольдберг В.Е., Полуэктова М.Е., Вычужанина А.В., Щемерова Ю.А., Григорьева В.А., Лигачева А.А., Бохан Е.А., 20212021Боровская Т.Г., Гольдберг В.Е., Полуэктова М.Е., Вычужанина А.В., Щемерова Ю.А., Григорьева В.А., Лигачева А.А., Бохан Е.А.Borovskaya T.G., Goldberg V.E., Poluektova M.E., Vychuzhanina A.V., Shchemerovа Y.A., Grigoreva V.A., Ligacheva A.A., Bokhan E.A.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/1695

Цель исследования – сравнительная экспериментальная оценка отдаленных токсических эффектов цитостатических препаратов (эпирубицин, этопозид, платидиам, карбоплатин, паклитаксел) на женскую репродуктивную функцию и поиск фармакологических путей их снижения.

Материал и методы

Материал и методы. Эксперименты проведены на 200 аутбредных крысах-самках сток Вистар, возраст 2,5 мес. Противоопухолевые препараты вводили однократно, внутривенно в максимально переносимой дозе. Оценка репродуктивного статуса проводилась через 90 и 180 сут после введения цитостатиков. Коррекцию овариотоксичности цитостатических препаратов осуществляли использованием препарата рекомбинантного человеческого гранулоцитарного колониестимулирующего фактора (рчГ-КСФ) и экстракта шлемника байкальского (Scutellariae baicalensis). Определялись способность крыс-самок к спариванию и зачатию, пре- и постимплантационная смертность плодов. Овариальный резерв оценивался с помощью морфологического анализа яичников с использованием количественной оценки структурных повреждений. Концентрацию антимюллерова гормона в крови крыс-самок, получавших этопозид и рчГ-КСФ, оценивали с помощью иммуноферментного анализа (ИФА, elisa, cloud-clone corp. Wuhan). Статистическую обработку полученных экспериментальных данных проводили с использованием u-критерия Манна – Уитни и углового преобразования Фишера.

Результаты

Результаты. Установлено, что способность животных к спариванию и зачатию сохраняется, однако выявляются признаки раннего истощения овариального резерва и снижение репродуктивного потенциала. Степень риска наступления ранней менопаузы повышена в большей степени после использования эпирубицина, этопозида и  паклитаксела, в меньшей степени – платидиама и карбоплатина. Репродуктивный потенциал животных сокращен из-за высокой эмбриональной гибели. Наиболее токсичными в этом плане оказались платиносодержащие препараты. Эффективным средством сохранения овариального резерва от цитостатического воздействия является  рчГ-КСФ. Использование экстракта шлемника байкальского повышает репродуктивный потенциал животных за счет снижения показателей эмбриональной гибели.

The purpose of the study was a comparative experimental assessment of long-term toxic effects of cytostatic drugs (epirubicin, etoposide, platidiam, carboplatin, paclitaxel) on the female reproductive function and search for pharmacological ways to reduce them.

Material and Methods

Material and Methods. Experiments were carried out on 200 outbred male rats, Wistar stock, 2.5 months old. Antitumor drugs were administered once, intravenously, in maximum tolerated dose. The reproductive status in rats was assessed 90 and 180 days after injection of cytostatic drugs. Correction of ovariotoxicity of cytostatic drugs was carried out using a recombinant human granulocyte colony stimulating factor (rhG-CS F, Neupomax, FARMSTA NDA RT-UfaVITA OJSC , Russia) and liquid extract of Scutellaria Baikalsky («GNTsLS », Kharkov). The mating and fertility ability of female rats as well as pre- and post-implantation fetal mortality were determined. Ovarian reserve was evaluated using morphological analysis of the ovaries using quantitative assessments of structural damage. Concentration of anti-Muller hormone in the blood of adult rats-females receiving etoposide and rhG-CS F were evaluated by enzyme immunoassay (IFA, ELISA , Cloud clone, Corp. Wuhan). Statistical processing of obtained experimental data was performed using Mann-Whitney U-test and Fisher angular transformation.

Results

Results. The mating and fertility ability of animals was found to be persisted. However, signs of early depletion of the ovarian reserve and a decrease in reproductive potential were observed. The risk of early menopause was increased to a greater extent after using epirubicin, etoposide and paclitaxel, and to a lesser extent after platidiam and carboplatin. The reproductive potential of animals was reduced due to increased fetal death. Platinum-containing drugs were found to be the most toxic. G-CS F was the effective drug for protecting the ovarian reserve from cytostatic effects. The use of Scutellaria baicalensis extract increased the reproductive potential of animals by reducing the rate of embryonic death. 

цитостатические препаратыженская репродуктивная системаотдаленные токсические эффектырчГ-КСФэкстракт шлемника байкальскогоcytotoxic drugsfemale reproductive systemlong-term toxic effectsG-CSFScutellaria baicalensis extractReferencesBedoschi G.M., Navarro P.A., Oktay K.H. Novel insights into the pathophysiology of chemotherapy-induced damage to the ovary. Panminerva Med. 2019 Mar; 61(1): 68–75. doi: 10.23736/S0031-0808.18.03494-8.Bedoschi G.M., Navarro P.A., Oktay K.H. Novel insights into the pathophysiology of chemotherapy-induced damage to the ovary. Panminerva Med. 2019 Mar; 61(1): 68–75. doi: 10.23736/S0031-0808.18.03494-8.Spears N., Lopes F., Stefansdottir A., Rossi V., De Felici M., Anderson R.A., Klinger F.G. Ovarian damage from chemotherapy and current approaches to its protection. Hum Reprod Update. 2019; 25(6): 673–693. doi: 10.1093/humupd/dmz027.Spears N., Lopes F., Stefansdottir A., Rossi V., De Felici M., Anderson R.A., Klinger F.G. Ovarian damage from chemotherapy and current approaches to its protection. Hum Reprod Update. 2019; 25(6): 673–693. doi: 10.1093/humupd/dmz027.Winship A.L., Stringer J.M., Liew S.H., Hutt K.J. The importance of DNA repair for maintaining oocyte quality in response to anti-cancer treatments, environmental toxins and maternal ageing. Hum Reprod Update. 2018 Mar 1; 24(2): 119–134. doi: 10.1093/humupd/dmy002.Winship A.L., Stringer J.M., Liew S.H., Hutt K.J. The importance of DNA repair for maintaining oocyte quality in response to anti-cancer treatments, environmental toxins and maternal ageing. Hum Reprod Update. 2018 Mar 1; 24(2): 119–134. doi: 10.1093/humupd/dmy002.Yuksel A., Bildik G., Senbabaoglu F., Akin N., Arvas M., Unal F., Kilic Y., Karanfil I., Eryılmaz B., Yilmaz P., Ozkanbaş C., Taskiran C., Aksoy S., Guzel Y., Balaban B., Ince U., Iwase A., Urman B., Oktem O. The magnitude of gonadotoxicity of chemotherapy drugs on ovarian follicles and granulosa cells varies depending upon the category of the drugs and the type of granulosa cells. Hum Reprod. 2015 Dec; 30(12): 2926–35. doi: 10.1093/humrep/dev256.Yuksel A., Bildik G., Senbabaoglu F., Akin N., Arvas M., Unal F., Kilic Y., Karanfil I., Eryılmaz B., Yilmaz P., Ozkanbaş C., Taskiran C., Aksoy S., Guzel Y., Balaban B., Ince U., Iwase A., Urman B., Oktem O. The magnitude of gonadotoxicity of chemotherapy drugs on ovarian follicles and granulosa cells varies depending upon the category of the drugs and the type of granulosa cells. Hum Reprod. 2015 Dec; 30(12): 2926–35. doi: 10.1093/humrep/dev256.Poorvu P.D., Frazier A.L., Feraco A.M., Manley P.E., Ginsburg E.S., Laufer M.R., LaCasce A.S., Diller L.R., Partridge A.H. Cancer TreatmentRelated Infertility: A Critical Review of the Evidence. JNCI Cancer Spectr. 2019 Apr 9; 3(1): pkz008. doi: 10.1093/jncics/pkz008.Poorvu P.D., Frazier A.L., Feraco A.M., Manley P.E., Ginsburg E.S., Laufer M.R., LaCasce A.S., Diller L.R., Partridge A.H. Cancer TreatmentRelated Infertility: A Critical Review of the Evidence. JNCI Cancer Spectr. 2019 Apr 9; 3(1): pkz008. doi: 10.1093/jncics/pkz008.Garcia-Rodriguez A., Gosalvez J., Ashok A., Roy R., Johnston S.D. DNA Damage and Repair in Human Reproductive Cells. Int J Mol Sci. 2019; 20(1): 31. doi: 10.3390/ijms20010031.Garcia-Rodriguez A., Gosalvez J., Ashok A., Roy R., Johnston S.D. DNA Damage and Repair in Human Reproductive Cells. Int J Mol Sci. 2019; 20(1): 31. doi: 10.3390/ijms20010031.Дурнев А.Д., Смольникова Н.М., Скосырева А.М., Шреде О.В., Гуськова Т.А., Верстакова О.Л., Сюбаев Р.Д. Методические рекомендации по изучению репродуктивной токсичности лекарственных средств. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. М., 2013. С. 80–93.Durnev A.D., Smol’nikova N.M., Skosyreva A.M., Shrede O.V., Gus’kova T.A., Verstakova O.L., Sjubaev R.D. Methodical recommendations for the study of reproductive toxicity of medicines. Guidelines for preclinical studies of drugs. Moscow, 2013. P. 80–93. (in Russian).Kim H.A., Choi J., Park C.S., Seong M.K., Hong S.E., Kim J.S., Park I.C., Lee J.K., Noh W.C.; The ASTRRA trial investigators. Postchemotherapy serum anti-Müllerian hormone level predicts ovarian function recovery. Endocr Connect. 2018 Aug 1; 7(8): 949–956. doi: 10.1530/EC-18-0180.Kim H.A., Choi J., Park C.S., Seong M.K., Hong S.E., Kim J.S., Park I.C., Lee J.K., Noh W.C.; The ASTRRA trial investigators. Postchemotherapy serum anti-Müllerian hormone level predicts ovarian function recovery. Endocr Connect. 2018 Aug 1; 7(8): 949–956. doi: 10.1530/EC-18-0180.Roness H., Kalich-Philosoph L., Meirow D. Prevention of chemotherapy-induced ovarian damage: possible roles for hormonal and non-hormonal attenuating agents. Hum Reprod Update. 2014 Sep-Oct; 20(5): 759–74. doi: 10.1093/humupd/dmu019.Roness H., Kalich-Philosoph L., Meirow D. Prevention of chemotherapy-induced ovarian damage: possible roles for hormonal and non-hormonal attenuating agents. Hum Reprod Update. 2014 Sep-Oct; 20(5): 759–74. doi: 10.1093/humupd/dmu019.Nguyen Q.N., Zerafa N., Liew S.H., Morgan F.H., Strasser A., Scott C.L., Findlay J.K., Hickey M., Hutt K.J. Loss of PUMA protects the ovarian reserve during DNA-damaging chemotherapy and preserves fertility. Cell Death Dis. 2018 May 23; 9(6): 618. doi: 10.1038/s41419-018-0633-7.Nguyen Q.N., Zerafa N., Liew S.H., Morgan F.H., Strasser A., Scott C.L., Findlay J.K., Hickey M., Hutt K.J. Loss of PUMA protects the ovarian reserve during DNA-damaging chemotherapy and preserves fertility. Cell Death Dis. 2018 May 23; 9(6): 618. doi: 10.1038/s41419-018-0633-7.Marullo R., Werner E., Degtyareva N., Moore B., Altavilla G., Ramalingam S.S., Doetsch P.W. Cisplatin induces a mitochondrial-ROS response that contributes to cytotoxicity depending on mitochondrial redox status and bioenergetic functions. PLoS One. 2013 Nov 19; 8(11): e81162. doi: 10.1371/journal.pone.0081162.Marullo R., Werner E., Degtyareva N., Moore B., Altavilla G., Ramalingam S.S., Doetsch P.W. Cisplatin induces a mitochondrial-ROS response that contributes to cytotoxicity depending on mitochondrial redox status and bioenergetic functions. PLoS One. 2013 Nov 19; 8(11): e81162. doi: 10.1371/journal.pone.0081162.Kim Y.Y., Kim W.O., Liu H.C., Rosenwaks Z., Kim J.W., Ku S.Y. Effects of paclitaxel and cisplatin on in vitro ovarian follicle development. Arch Med Sci. 2019 Oct; 15(6): 15101519. doi: 10.5114/aoms.2019.81730.Kim Y.Y., Kim W.O., Liu H.C., Rosenwaks Z., Kim J.W., Ku S.Y. Effects of paclitaxel and cisplatin on in vitro ovarian follicle development. Arch Med Sci. 2019 Oct; 15(6): 15101519. doi: 10.5114/aoms.2019.81730.Stefansdottir A., Johnston Z.C., Powles-Glover N., Anderson R.A., Adams I.R., Spears N. Etoposide damages female germ cells in the developing ovary. BMC Cancer. 2016 Aug 11; 16(1): 482. doi: 10.1186/s12885-016-2505-9.Stefansdottir A., Johnston Z.C., Powles-Glover N., Anderson R.A., Adams I.R., Spears N. Etoposide damages female germ cells in the developing ovary. BMC Cancer. 2016 Aug 11; 16(1): 482. doi: 10.1186/s12885-016-2505-9.Смирнова А.Д., Зыряева Н.А., Аншина М.Б. Возрастные изменения и риск хромосомных аномалий в ооцитах человека. Проблемы репродукции. 2019; (2): 16– 26.Smirnova A.D., Zyrjaeva N.A., Anshina M.B. Age-related changes and the risk of chromosomal abnormalities in human oocytes. Problems of Reproduction. 2019; (2): 16– 26. (in Russian).Mikuła-Pietrasik J., Witucka A., Pakuła M., Uruski P., BegierKrasińska B., Niklas A., Tykarski A., Książek K. Comprehensive review on how platinum- and taxane-based chemotherapy of ovarian cancer affects biology of normal cells. Cell Mol Life Sci. 2019; 76(4): 681–697. doi: 10.1007/s00018-018-2954-1.Mikuła-Pietrasik J., Witucka A., Pakuła M., Uruski P., BegierKrasińska B., Niklas A., Tykarski A., Książek K. Comprehensive review on how platinum- and taxane-based chemotherapy of ovarian cancer affects biology of normal cells. Cell Mol Life Sci. 2019; 76(4): 681–697. doi: 10.1007/s00018-018-2954-1.Cocetta V., Ragazzi E., Montopoli M. Mitochondrial Involvement in Cisplatin Resistance. Int J Mol Sci. 2019; 20(14): 3384. doi: 10.3390/ijms20143384.Cocetta V., Ragazzi E., Montopoli M. Mitochondrial Involvement in Cisplatin Resistance. Int J Mol Sci. 2019; 20(14): 3384. doi: 10.3390/ijms20143384.Eftekhar M., Naghshineh E., Khani P. Role of granulocyte colonystimulating factor in human reproduction. J Res Med Sci. 2018; 23: 7. doi: 10.4103/jrms.JRMS_628_17.Eftekhar M., Naghshineh E., Khani P. Role of granulocyte colonystimulating factor in human reproduction. J Res Med Sci. 2018; 23: 7. doi: 10.4103/jrms.JRMS_628_17.Zhai S.Z., Guo H.D., Li S.Q., Zhao X.S., Wang Y., Xu L.P., Liu K.Y., Huang X.J., Chang Y.J. Effects of Granulocyte Colony-Stimulating Factor on Proliferation and Apoptosis of B Cells in Bone Marrow of Healthy Donors. Transplant Proc. 2020; 52(1): 345–352. doi: 10.1016/j.transproceed.2019.11.004.Zhai S.Z., Guo H.D., Li S.Q., Zhao X.S., Wang Y., Xu L.P., Liu K.Y., Huang X.J., Chang Y.J. Effects of Granulocyte Colony-Stimulating Factor on Proliferation and Apoptosis of B Cells in Bone Marrow of Healthy Donors. Transplant Proc. 2020; 52(1): 345–352. doi: 10.1016/j.transproceed.2019.11.004.Hao X., Anastácio A., Liu K., Rodriguez-Wallberg K.A. Ovarian Follicle Depletion Induced by Chemotherapy and the Investigational Stages of Potential Fertility-Protective Treatments-A Review. Int J Mol Sci. 2019 Sep 23; 20(19): 4720. doi: 10.3390/ijms20194720.Hao X., Anastácio A., Liu K., Rodriguez-Wallberg K.A. Ovarian Follicle Depletion Induced by Chemotherapy and the Investigational Stages of Potential Fertility-Protective Treatments-A Review. Int J Mol Sci. 2019 Sep 23; 20(19): 4720. doi: 10.3390/ijms20194720.Гольдберг Е.Д., Разина Т.Г., Зуева Е.П., Амосова Е.Н., Крылова С.Г., Гольдберг В.Е. Растения в комплексной терапии опухолей. М., 2008. 232 c.Gol’dberg E.D., Razina T.G., Zueva E.P., Amosova E.N., Krylova S.G., Gol’dberg V.E. Plants in the treatment of tumors. Moscow, 2008. 232 p. (in Russian).Неупокоева О.В., Воронова О.Л., Чурин А..А., Шилова И.В., Кузовкина И.Н. Коррекция цитогенетических эффектов паклитаксела и цисплатина экстрактом корней шлемника байкальского. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2013; 76(12): 24–27.Neupokoeva O.V., Voronova O.L., Churin A.A., Shilova I.V., Kuzovkina I.N. Correction of the cytogenetic effects of paclitaxel and cisplatin with an extract of the roots of Scutellaria baicalensis. Experimental and Clinical Pharmacology. 2013; 76(12): 24–27. (in Russian).Потапова А.А., Доркина Е.Г., Сергеева Е.О., Саджая Л.А. Влияние сухого экстракта из корней Шлемника Байкальского (Scutellaria Baicalensis Georgi) на развитие окислительного стресса, вызванного циклофосфаном. Современные проблемы науки и образования. 2013; (6).Potapova A.A., Dorkina E.G., Sergeeva E.O., Sadzhaja L.A. The effect of dry extract from the roots of Shlemnik Baikalsky (Scutellaria Baicalensis Georgi) on the development of oxidative stress caused by cyclophosphamide. Modern Problems Sciences and Education. 2013; (6). (in Russian).

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