pharmjournalРазработка и регистрация лекарственных средствDrug development & registration2305-20662658-5049LLC «CPHA»10.33380/2305-2066-2023-12-3-58-65pharmjournal-1541Research ArticleФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯPHARMACEUTICAL TECHNOLOGYРазработка инъекционной формы 4’-О-бензилоксикарбонильного производного этопозида на основе человеческого сывороточного альбумина для химиотерапии рака молочной железыDevelopment of Injectable Formulation of 4’-O-benzyloxycarbonyl-etoposide Derivative Based on Human Serum Albumin for the Chemotherapy of Breast Cancerhttps://orcid.org/0000-0002-0398-4645КовшоваТ. С.KovshovaT. S.

125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

https://orcid.org/0000-0001-7793-2007БойкоС. А.BoikoS. A.

125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

718bsvetlana@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-9649-1462МеркуловаМ. А.MerkulovaM. A.

125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

https://orcid.org/0000-0002-2814-9064ОсиповаН. С.OsipovaN. S.

125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

https://orcid.org/0000-0001-6697-7154МоисееваН. И.MoiseevaN. I.

115478, г. Москва, Каширское шоссе, д. 23

23, Kashirskoe highway, Moscow, 115478

https://orcid.org/0000-0002-9771-3992МалиновскаяЮ. А.MalinovskayaJu. A.

125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

https://orcid.org/0000-0002-0188-5125МантровС. Н.MantrovS. N.

125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

https://orcid.org/0000-0003-1113-6715ГельперинаС. Э.GelperinaS. E.

125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева» (РХТУ им. Д. И. Менделеева)Mendeleev University of Chemical Technology of RussiaФедеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н. Н. Блохина» Минздрава России (ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина» Минздрава России)Federal State Budgetary Institution «N. N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology» оf the Ministry of Health of the Russian Federation (N. N. Blokhin NMRCO)2023300820231235865Copyright © Ковшова Т.С., Бойко С.А., Меркулова М.А., Осипова Н.С., Моисеева Н.И., Малиновская Ю.А., Мантров С.Н., Гельперина С.Э., 20232023Ковшова Т.С., Бойко С.А., Меркулова М.А., Осипова Н.С., Моисеева Н.И., Малиновская Ю.А., Мантров С.Н., Гельперина С.Э.Kovshova T.S., Boiko S.A., Merkulova M.A., Osipova N.S., Moiseeva N.I., Malinovskaya J.A., Mantrov S.N., Gelperina S.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.pharmjournal.ru/jour/article/view/1541Введение

Введение. Одним из эффективных подходов к получению инъекционных форм труднорастворимых лекарственных веществ является получение их наносуспензий, стабилизированных альбумином. Примером успешного применения этой технологии является препарат Abraxane® (nab™-паклитаксел, от англ. Nanoparticle albumin-bound, Celgene Corporation). В настоящем исследовании этот подход использован для получения инъекционной формы труднорастворимого пролекарства этопозида.

Цель

Цель. Получение инъекционной формы нового 4’-О-бензилоксикарбонильного производного этопозида (ETP-cbz) на основе человеческого сывороточного альбумина и изучение ее цитотоксичности на клетках рака молочной железы (РМЖ).

Материалы и методы

Материалы и методы. Структуру ETP-cbz подтверждали методами ЯМР-спектроскопии и элементного анализа. Значения log P рассчитаны in silico с использованием Molinspiration Cheminformatics. Наночастицы ETP-cbz, стабилизированные альбумином (ETP-cbz-HSA), получены методом гомогенизации под давлением. Размер, распределение частиц по размерам и концентрацию дезинтеграции определяли методами динамического рассеивания света (ДРС) и атомно-силовой микроскопии (АСМ). Содержание ETP-cbz и альбумина в форме определяли методом ВЭЖХ. Конверсию ETP-cbz в этопозид изучали в модельной среде в присутствии эстеразы. Цитотоксичность ETP-cbz-HSA в сравнении с этопозидом и свободным ETP-cbz оценивали на клетках РМЖ (HBL-100 и MCF-7) при помощи колориметрического МТТ-теста.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. Синтезировано новое производное этопозида, обладающее более высокой по сравнению с этопозидом гидрофобностью (log P 2,42 и 0,7 соответственно). Благодаря лабильной карбонатной связи, которая легко расщепляется под действием эстеразы, ETP-cbz является пролекарством этопозида. Разработан метод получения наноформы ETP-cbz на основе альбумина. Содержание ETP-cbz в суспензии составило 1,75 мг/мл, размер частиц – 110 ± 9 нм (ДРС), концентрация дезинтеграции – 3,0 ± 0,1 мкг/мл. Цитотоксичность наноформы ETP-cbz в отношении клеток MCF-7 и HBL-100 in vitro сопоставима с активностью свободного этопозида и ETP-cbz.

Заключение

Заключение. Полученная наноформа пролекарства этопозида на основе альбумина, пригодная для инъекционного введения, проявила высокую цитотоксичность в отношении клеток РМЖ in vitro и заслуживает дальнейшего изучения для оценки возможности ее применения в химиотерапии РМЖ.

Introduction

Introduction. One of the promising strategies for the development of injectable formulations of poorly water-soluble drugs is the preparation of their nanosuspensions stabilized with albumin. A well-known example of the successful implementation of this technology is Abraxane® (nanoparticle albumin-bound paclitaxel). In the present study, this approach is used for the development of the injectable formulation of a hydrophobic etoposide prodrug.

Aim

Aim. Development of the injectable formulation of a novel 4'-О-benzyloxycarbonyl derivative of etoposide (ETP-cbz) based on human serum albumin and evaluation of its cytotoxicity against breast carcinoma cells (BC).

Materials and methods

Materials and methods. The structure of ETP-cbz was confirmed by NMR spectroscopy and elemental analysis; log P was calculated in silico using Molinspiration Cheminformatics. The ETP-cbz-HSA nanoparticles were prepared by high pressure homogenization. The particle size, size distribution, and disintegration concentration were evaluated by dynamic light scattering (DLS) and atomic force microscopy (AFM). The contents of ETP-cbz and albumin in the formulation were determined by HPLC. The conversion ETP-cbz-HSA to etoposide was studied in a model medium in the presence of esterase. The cytotoxicity of ETP-cbz-HSA compared to etoposide and free ETP-cbz was assessed on BC cells (HBL-100 and MCF-7) using a colorimetric MTT assay.

Results and discussion

Results and discussion. ETP-cbz exhibited higher hydrophobicity as compared to the etoposide (log P 2.42 vs 0.7, respectively). Due to easy cleavage of the carbonate bond in the presence of esterase, ETP-cbz can be considered an etoposide prodrug. The ETP-cbz-containing HSA nanoparticles prepared by a high-pressure homogenization technique had the particle size of 110 ± 9 nm (DLS) and a low disintegration concentration of 3.0 ± 0.1 μg/mL. The drug content was 1.75 mg/mL. The nanoformulation demonstrated high cytotoxic activity in vitro against MCF-7 and HBL-100 cells that was comparable to the activity of substances etoposide and ETP-cbz.

Conclusion

Conclusion. The obtained nanoformulation of etoposide prodrug based on albumin, suitable for injection, showed high cytotoxicity against breast cancer cells in vitro and deserves further study to assess the possibility of its use in breast cancer chemotherapy.

пролекарство этопозидачеловеческий сывороточный альбуминнаночастицыцитотоксичностьрак молочной железыetoposide prodrughuman serum albuminnanoparticlescytotoxicitybreast cancerИсследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания (проект FSSM-2022-0003).The research was carried out within the study assignment of Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project FSSM-2022-0003).ReferencesDesai N. Nanoparticle albumin bound (nab) technology: targeting tumors through the endothelial gp60 receptor and SPARC. Nanomedicine: nanotechnology, biology, and medicine. 2007;4(3):339. DOI: 10.1016/j.nano.2007.10.021.Desai N. Nanoparticle albumin bound (nab) technology: targeting tumors through the endothelial gp60 receptor and SPARC. Nanomedicine: nanotechnology, biology, and medicine. 2007;4(3):339. DOI: 10.1016/j.nano.2007.10.021.Cho H., Jeon S. I., Ahn C.-H., Shim M. K., Kim K. Emerging Albumin-Binding Anticancer Drugs for Tumor-Targeted Drug Delivery: Current Understandings and Clinical Translation. Pharmaceutics. 2022;14(4):728. DOI: 10.3390/pharmaceutics14040728.Cho H., Jeon S. I., Ahn C.-H., Shim M. K., Kim K. Emerging Albumin-Binding Anticancer Drugs for Tumor-Targeted Drug Delivery: Current Understandings and Clinical Translation. Pharmaceutics. 2022;14(4):728. DOI: 10.3390/pharmaceutics14040728.Meresse P., Dechaux E., Monneret C., Bertounesque E. Etoposide: discovery and medicinal chemistry. Current Medicinal Chemistry. 2004;11(18):2443–2466. DOI: 10.2174/0929867043364531.Meresse P., Dechaux E., Monneret C., Bertounesque E. Etoposide: discovery and medicinal chemistry. Current Medicinal Chemistry. 2004;11(18):2443–2466. DOI: 10.2174/0929867043364531.Alsalhi A., Ayon N. J., Coulibaly F., Alshamrani M., Al-Nafisah A., Youan B.-B. C. Enhancing Etoposide Aqueous Solubility and Anticancer Activity with L-Arginine. ASSAY and Drug Development Technologies. 2021;19(8):508–525. DOI: 10.1089/adt.2021.085.Alsalhi A., Ayon N. J., Coulibaly F., Alshamrani M., Al-Nafisah A., Youan B.-B. C. Enhancing Etoposide Aqueous Solubility and Anticancer Activity with L-Arginine. ASSAY and Drug Development Technologies. 2021;19(8):508–525. DOI: 10.1089/adt.2021.085.Ahire E., Thakkar S., Darshanwad M., Misra M. Parenteral nanosuspensions: a brief review from solubility enhancement to more novel and specific applications. Acta Pharmaceutica Sinica B. 2018;8(5):733–755. DOI: 10.1016/j.apsb.2018.07.011.Ahire E., Thakkar S., Darshanwad M., Misra M. Parenteral nanosuspensions: a brief review from solubility enhancement to more novel and specific applications. Acta Pharmaceutica Sinica B. 2018;8(5):733–755. DOI: 10.1016/j.apsb.2018.07.011.Wang Z., Li Z., Zhang D., Miao L., Huang G. Development of etoposide-loaded bovine serum albumin nanosuspensions for parenteral delivery. Drug Delivery. 2015;22(1):79–85. DOI: 10.3109/10717544.2013.871600.Wang Z., Li Z., Zhang D., Miao L., Huang G. Development of etoposide-loaded bovine serum albumin nanosuspensions for parenteral delivery. Drug Delivery. 2015;22(1):79–85. DOI: 10.3109/10717544.2013.871600.Manjushree M., Revanasiddappa H. D. Evaluation of binding mode between anticancer drug etoposide and human serum albumin by numerous spectrometric techniques and molecular docking. Chemical Physics. 2020;530:110593. DOI: 10.1016/j.chemphys.2019.110593.Manjushree M., Revanasiddappa H. D. Evaluation of binding mode between anticancer drug etoposide and human serum albumin by numerous spectrometric techniques and molecular docking. Chemical Physics. 2020;530:110593. DOI: 10.1016/j.chemphys.2019.110593.Ohnuma T., Obata R., Nishiyama Y., Yamasaki T., Kamei H., Naito T., Oki T. Preparation and Antitumor Activity of 2”-O-, 3”-O- and 2”, 3”-Di-O-substituted Derivatives of Etoposide. Chemical and Pharmaceutical Bulletin. 1992;40(7):1783–1788. DOI: 10.1248/cpb.40.1783.Ohnuma T., Obata R., Nishiyama Y., Yamasaki T., Kamei H., Naito T., Oki T. Preparation and Antitumor Activity of 2”-O-, 3”-O- and 2”, 3”-Di-O-substituted Derivatives of Etoposide. Chemical and Pharmaceutical Bulletin. 1992;40(7):1783–1788. DOI: 10.1248/cpb.40.1783.Leu Y.-L., Chen C.-S., Wu Y.-J., Chern J.-W. Benzyl ether-linked glucuronide derivative of 10-hydroxycamptothecin designed for selective camptothecin-based anticancer therapy. Journal of Medicinal Chemistry. 2008;51(6):1740–1746. DOI: 10.1021/jm701151c.Leu Y.-L., Chen C.-S., Wu Y.-J., Chern J.-W. Benzyl ether-linked glucuronide derivative of 10-hydroxycamptothecin designed for selective camptothecin-based anticancer therapy. Journal of Medicinal Chemistry. 2008;51(6):1740–1746. DOI: 10.1021/jm701151c.Fu Q., Sun J., Zhang W., Sui X., Yan Z., He Z. Nanoparticle albumin-bound (NAB) technology is a promising method for anti-cancer drug delivery. Recent Patents on Anti-Cancer Drug Discovery. 2009;4(3):262–272. DOI: 10.2174/157489209789206869.Fu Q., Sun J., Zhang W., Sui X., Yan Z., He Z. Nanoparticle albumin-bound (NAB) technology is a promising method for anti-cancer drug delivery. Recent Patents on Anti-Cancer Drug Discovery. 2009;4(3):262–272. DOI: 10.2174/157489209789206869.Mahidol C., Prawat H., Sangpetsiripan S., Ruchirawat S. Bioactive scalaranes from the Thai sponge Hyrtios gumminae. Journal of Natural Products. 2009;72(10):1870–1874. DOI: 10.1021/np900267v.Mahidol C., Prawat H., Sangpetsiripan S., Ruchirawat S. Bioactive scalaranes from the Thai sponge Hyrtios gumminae. Journal of Natural Products. 2009;72(10):1870–1874. DOI: 10.1021/np900267v.

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