Эффект BioBran на токсичность, вызванную цисплатином и доксорубицином у крыс

Генри Якоби, Гари Вноровски, Карл Саката, Хироаки Маеда

Генри Якоби получил научную степень в области фармакологии в университете Мичиган в 1962 году. Область его интересов включает влияние медицинских препаратов на желудочно-кишечный тракт, препараты с анальгетической активностью и оценка влияния вспомогательных веществ на безопасность фармакологических средств. Он работал над исследованием в компании Merck и Johnson & Johnson. После ухода из компании Johnson & Johnson возглавил компанию Discovery Research Consultants и недавно был назначен директором по фармакологии в лаборатории безопасности продуктов Product Safety Labs. Генри Якоби опубликовал более 40 научных статей, он также является автором нескольких глав книг и общих обзоров. Генри Якоби работает вместе с Product Safety Labs, Ист Брансвик, Нью-Джерси.

Гари Вноровски, бакалавр, получил степень бакалавра по биологии в университете Рутгерса, с тех пор работал на разных должностях в Product Safety Labs. Сейчас он является Директором Лаборатории. Имеет обширный опыт в области общей токсикологии, ингаляционной токсикологии и проведении аэрозольных исследований. Недавно он получил степень доктора биологических наук в университете Монмут. Гари Вноровски работает вместе с Product Safety Labs, Ист Брансвик, Нью-Джерси.

Карл Саката, доктор наук, получил научную степень в области биохимии в Софийском университете в 1962 году. После чего, он продолжил свои исследования в области радиации\витаминологии в Институте Кюри во Франции и цереброневрологии в Институте Биологии и Токсикологии в Голландии. Доктор Карл работал в отделе исследований и разработок фармацевтической компании Phillips Uphar (Голландия), Roussel-Uclaf (Франция) и Monsanto в США. Недавно он получил степень магистра философии (буддизм) в Софийском университете. На данный момент доктор Карл занят на позиции директора отдела исследований и разработок для Creative Strategy Inc., в Токио.

Хироаки Маеда получил свою степень в университете Чиба. Он особенно увлекался изучением продуктов и вопросами питания. Среди его областей интереса: роль фитонутриентов. Он работал в отделе исследований в компании Noda Shoukim Kgyo Co. Ltd. с 1964 по 1990 годы. Затем он стал директором отдела исследований и разработок в компании Daiwa Pharmaceuticals Co. Ltd. Профессор Хироаки занимался разработкой антивирусного компонента, полученного из растений в качестве химического препарата, и разрабатывал иммуномодулирующий комплекс для человека. Хироаки Маеда работает вместе с компанией Daiwa Pharmaceuticals Co. Ltd, Токио, Япония.

Корреспонденцию направлять: Генри Якоби (Henri I. Jacoby), д.н., 4119, Ocean Avenue, Brigantine, NJ 08203 (электронная почта: HenryJacobi@productsafetylabs.com)

Журнал по Нутрицевтике, Функционального и Медицинского Питания, том 3(4) 2001

©2001 Haworth Press, Inc. Все права сохранены

Аннотация

BioBran извлекается из рисовых отрубей и производится путем частичного гидролиза растворимой фракции гемицеллюлозы рисовых отрубей с помощью карбогидразы из мицелия Lentius eclarles. BioBran является биологическим модификатором, повышающим активность естественных киллеров у пациентов с ослабленным иммунитетом. Целью исследования была оценка воздействия перорально принимаемого BioBran по 5 или 50 мг/кг. на макроскопические патологические изменения и потерю веса, создаваемые введением однократной внутрибрюшной дозы цисплатина или доксорубицина. Мужские особи крыс Sprague-Dawley получали либо наполнитель, либо BioBran до и после приема однократной дозы цисплатина или доксорубицина. Крысы ежедневно наблюдались клинически в течение 11 дней, через день регистрировалась масса тела. На 11 день все животные были подвергнуты эвтаназии и вскрытию. Летальность наблюдалось только у крыс, получавших цисплатин (у крыс, получавших BioBran 5 мг/кг, и 40% после BioBran 50 мг/кг 50% с цисплатином снижение до 10%). Вес крыс, получавших BioBran по 5 или 50 мг плюс цисплатин или доксорубицин, был статистически больше веса, чем это наблюдается при применении только химиотерапевтического препарата. Крысы, получавшие BioBran выглядели более здоровыми, набрали вес и имели более низкую частоту диареи и грубой кишечной патологии. BioBran был эффективен по поддержанию массы тела после токсической дозы химиотерапевтического агента и защищал от грубых патологических изменений желудочно-кишечного тракта и поноса. BioBran, может иметь потенциал для улучшения "качества жизни" больных, получающих химиотерапию.

Ключевые слова: BioBran, химиотерапия, химиопротектор, цисплатин, доксорубицин

Введение

Химиотерапия при лечении рака часто ассоциируется с побочными эффектами. Исторически препараты для химиотерапии отбирались на основании токсичности по отношению к линиям раковых клеток и быстро развивающимся опухолям, без учета биологии опухоли. Такая стратегия обычно приводила к выбору препаратов, которые оказывают токсическое действие на здоровые клетки и ткани, имеющие общие характеристики с клетками опухоли. Клетки слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта – одни из самых восприимчивых клеток, химиопрепараты часто оказывают повреждающие действие на них, что проявляется в виде диареи. Это может также проявляться в кровотечении, вызванном повреждением слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, что в свою очередь может приводить к угрожающему жизни кровотечению и перфорации. Данный факт создает предпосылки для развития сопутствующей терапии, которая способна защитить здоровые ткани от влияния химиопрепаратов без снижения их противораковой активности.

BioBran – комплекс гемицеллюлозы, содержащий арабиноксилан, в качестве главного компонента. Это растворимый в воде продукт получаемый путем гидролиза рисовых отрубей при использовании ферментов мицелия грибов шиитаке. Арабиноксилан получают за счет реакции ферментов гриба в постоянных условиях, он является активным и стабильным соединением. Арабиноксилан усиливает свойственную организму иммуностимулирующую активность, а благодаря способности растворяться в воде он является биологически доступным веществом. Этот продукт получают в ходе уникального запатентованного процесса, в котором ферменты грибов шиитаке выделяют естественную смесь гемицеллюлоз. В конечном продукте нет очевидного содержания грибов. Смесь сложных веществ гемицеллюлоз обычно называют BioBran. Он попадает в категорию пищевых добавок или функционального питания и доступен в виде порошка, таблеток или капсул в продаже в США.

Материалы и методы

Крысы альбиносы Спрага-Доули (из лаборатории Ace Animals, Inc. Бойертаун, Пенсильвания) по одиночке помещались в подвешенные клетки из нержавеющей стали с ячеистым дном. Температура, где находились крысы, была под контролем и в комнате чередовался цикл света\темноты в течение 12 часов. Кормили крыс кормом Purina Rodent Chow #5021для грызунов и фильтрованной проточной водой без ограничения количества при помощи автоматической системы раздачи воды. После периода акклиматизации, который длился 13 дней, восемьдесят здоровых крыс самцов отбирались для испытаний на основе веса тела и случайной выборкой (10 крыс на группу) для каждой из восьми следующих испытательных групп:

Индивидуальные дозы рассчитывались на основании массы тела. Животные из всех групп получали пероральное введение BioBran или контроль растворителем (водой) ежедневно в течение 11 дней, начиная с нулевого дня, при помощи зонда из нержавеющей стали, надетого на подходящий шприц. Исследуемое вещество вводилось, как 0.1% (доза 5мг\кг) или 1% (доза 50мг\кг) в процентах по массе в дистиллированной воде. Химиопрепарат (цисплатин или доксорубицин) или раствор вводился каждому животному один раз внутрибрюшной инъекцией только на 3 день. Дозы химиопрепаратов выбирались на основе пилотного исследования при использовании разных доз цисплатина или доксорубицина.

Все группы крыс наблюдались на предмет признаков тяжелой токсичности и\или изменений в поведении каждый день в течение 11 дней. Во время всего исследования отмечался регулярный стул. Вес тела фиксировался на день 0 (до введения BioBran), 3, 5, 7, 9 и 11 дни. На 11 день все животные подверглись эвтаназии методом ингаляции углекислым газом, с последующим вскрытием. Исследовалась макроскопическая картина главных органов брюшной полости и полости грудной клетки, было отмечено поражение желудочно-кишечного тракта. Печень каждого животного, а также другие органы с наличием обширного поражения были отмечены во время вскрытия и взяты для исследования, в 10% буферный раствор формалина.

Проводились гистологические исследования печени каждого животного. Для гистопатологического исследования в Pathco, Inc. было направлено восемьдесят срезов печени крыс. После исследования срезы были распределены по группам с соответствующими дозами. Все статистические анализы проводились с использованием программы Graph Pad In Stat^® (версия 3.00 для Windows 95). Статистическая значимость изменений веса тела анализировалась при помощи одностороннего дисперсионного анализа (ANOVA) и множественных сравнений Бонфеppони для определения групповых различий, где р<0.05 рассматривался как статистически значимый показатель. Количественные данные такие, как летальность, очаги повреждения и диарея анализировались при помощи факторной таблицы 2х2 и критерия кси-квадрата, где р<0.05 рассматривался как статистически значимый показатель.

Результаты

Таблица 1 показывает эффект лечения, оказываемый на вес тела в период проведения эксперимента. Крысы, получавшие BioBran в дозе от 5 до 50 мг\кг перорально в течение 11 дней показали повышение массы тела (примерно + 72%), а крысы, получавшие 8 мг-кг цисплатина или 10 мг\кг доксорубицина на третий день интраперитонеально показали значительно более низкое повышение массы тела (- 1.5% для цисплатина и + 30% для доксорубицина). Крысы, получавшие BioBran в дозе от 5 до 50 мг\кг перорально плюс цисплатин иди доксорубицин показали значительное повышение веса, чем это наблюдалось у крыс, получавших лечение только химиопрепаратами. BioBran доза 5 г\кг привел к 11% повышению веса у крыс, которым давали цисплатин и 46% у крыс, которым давали доксорубицин. BioBran в дозе 50 мг\кг привел к +44% повышению веса у крыс, которым давали цисплатин и +43% у крыс, которым давали доксорубицин.

Таблица 1. Влияние BioBran на потерю веса, вызванную введением цисплатина и доксирубицина.

*Статистически отличается от Контрольной группы + группы с лечением химиотерапией p<ANOVA + множественные сравнения Бонфеppони

PO- пероральное введение препарата

IP – интраперитонеальное введение препарата

Цисплатин вызвал летальный исход у 50% крыс (таблица 2). Летальный исход от цисплатина снизился на 10% у крыс, которых лечили BioBran в дозе 5 мг\кг и на 40% в группе, где доза BioBran составила 50 мг\кг. Доксорубицин не вызвал смерть после введения одной дозы.

У всех крых получивших одну дозу цисплатина 9 мг интраперитонеально было отмечено появление диареи на 7 и 11 дни (Таблица 2). BioBran в дозе 5 мг\кг снизил возникновение диареи на 50%, а доза препарата 50мг\кг снизила проявление диареи на 40%. Цисплатин вызвал обширные патологии слизистой желудочно-кишечного тракта у 70% крыс. После введения BioBran 5 мг\кг эта цифра упала до 40%, а при дозе 50 мг\кг – на 50%. Доксорубицин вызвал диарею только у 20% крыс, но и эти показатели упали до 0% после введения BioBran 5 мг\кг и до 10% после введения дозы 50 мг\кг. Доксорубицин вызвал обширные патологии слизистой желудочно-кишечного тракта у 50% крыс. Показатели снизились до 10% после введения BioBran 5 мг\кг и на 30% после введения дозы 50 мг\кг.

Таблица 2. Влияние BioBran на возникновение спонтанной смерти, обширных внутренних поражений и диареию.

* р < 0.05 статистически значимо для критерия кси-квадрат

Где, Смерть – спонтанная смерть; Поражения – обширные поражения желудочно-кишечного тракта, вызванные перфорациями, кровоизлияниями, повреждениями слизистой или накоплением излишней жидкости; Диарея - случаи возникновения диареи или жидкого стула

Были отмечены небольшие изменения паренхимы печени при введении химиопрепаратов в любой дозировке. Группы, где вводился BioBran 5 и 50 мг\кг показали аналогичные результаты с незначительной вакуолизацией в цитоплазме гепатоцитов, которые слегка выделялись в перипортальной области. Но все это находится в рамках нормы. Все группы, получавшие либо цисплатин, либо доксорубицин имели разные степени хронического\активного воспаления капсулы печени. Это характеризовалось утолщением капсулы из-за пролиферации молодых фибробластов и воспалительным инфильтратом. Это изменение возникает постоянно при введении интраперитонеально инъекции с раздражающим средством. Воспаление капсулы было немного более острым у крыс, которым вводилась инъекция доксорубицина, чем у крыс, которым вводился цисплатин. В группах с любыми дозами химиопрепаратов не было отмечено некроза или дегенеративных изменений паренхимы печени. В нескольких случаях, центродолевая гипертрофия печени оказалась незначительной и могла возникнуть из-за вторичных изменений, связанных с перитонитом, а не с прямым эффектом препаратов. В связи с тем, что изменения печени были настолько незначительными при введении химиопрепаратов, мы не предпринимали попыток оценить преимущества введения BioBran на гистологическое исследование.

Дискуссия и выводы

В данном исследовании было показано защитное влияние BioBran на крыс, которым вводились токсические дозы цисплатина и доксорубицина. В качестве ожидаемого результата была выбрана оценка влияния этих препаратов на вес тела, стул, обширные повреждения желудочно-кишечного тракта и спонтанную смертность. Изучалась также и гистология печени, но при введении одной дозы цисплатина или доксорубицина не было отмечено развития острой патологии. Значительное положительно влияние BioBran было отмечено на массу тела. Из исследования пока не ясно, было ли это связано с увеличением приема пищи или профилактикой катаболического действия химиопрепаратов. Также наблюдалась защита от повреждений слизистой желудочно-кишечного тракта и диареи. Как показало исследование, введенная доза BioBran 5 мг\кг перорально оказалась более эффективной, чем доза 50 мг\кг перорально. Пока нет очевидных объяснений лучшей эффективности меньшей дозы BioBran. Максимально эффективная доза может быть ниже дозы, которая применялась в исследовании, но это требует дальнейшего изучения. Действие на вес тела, на образование поражений и появление диареи были выровнены. Защита от летального исхода при введении 50 мг\кг цисплатина оказалась значительно выше, чем при дозе 5 мг\кг.

Цисплатин и доксорубицин приводят к различным повреждениям. Очень распространены острая кардио- и почечная недостаточность. Оценка побочных эффектов не являлась целью данного исследования, так как одной дозы цисплатина и доксорубицина недостаточно для того, чтобы в печени появились значительные патологические изменения. Однако в ходе исследования были отмечены признаки обширных изменений, когда мы оценивали слизистую желудочно-кишечного тракта. В данном исследовании, цисплатин показал более серьезные побочные действия, чем доксорубицин. Требуется проведение исследования с применением более низких доз химиопрепаратов, чтобы оценить потенциальную способность BioBran защитить организм от патологических изменений печени, почек и сердца.

Механизм, как BioBran защищает от токсичного воздействия доксорубицина и цисплатина, не известен. Сообщается, что BioBran повышает активность NK-клеток среди пациентов с ослабленным иммунитетом и способен нивелировать действием таких свободных радикалов как, супероксид анион-радикал и гидроксил-радикал. Активные формы кислорода, полученные во время метаболизма доксорубицина играют важную роль в патогенезе нефропатии крыс. Ghoneum и Jewitt показали, что BioBran в лабораторных условиях вызвал повышенное выделение фактора некроза опухолей альфа и интерферон альфа из лимфоцитов периферической крови, а также усилении цитотоксической функции естественных киллеров. Предполагается, что эта активность и объясняет эффективность препарата BioBran, как нового модификатора биологического отклика. Также предполагается его безопасное использование, в качестве альтернативы уже существующей химиотерапии. Однако не дается объяснений его защитному действию на слизистую желудочно-кишечного тракта. Нет никаких показаний, что цитопротективная активность возникает из-за повышения уровней простагландинов в слизистой желудочно-кишечного тракта.

В последнее время исследования химиотерапии делают основной акцент на изучении преимуществ режима с высокими дозами, на повышении интенсивности дозы традиционной химиотерапии. Интенсивность дозы обычно повышает показатели объективного ответа противоопухолевых препаратов и может, в некоторых случаях, повысить уровень выживаемости. Однако острая и\или кумулятивная токсичность часто нарушает управление заболеванием пациента, что приводит к вынужденному снижению дозы или к перерыву в лечении, а это, в свою очередь, снижает эффективность лечения и качество жизни пациента. Таким образом, были сделаны значительные усилия для профилактики и управления острыми и кумулятивными токсичными действиями, вызванными химиопрепаратами. Сейчас широко исследуются многие хемопротективные вещества, как дексразоксан, амифостин, глютатион, месна и ORG 2766. Дексразоксан, предположительно, связывает железо внутриклеточно, что может привести к уменьшению противоракового воздействия и/или повысить токсичность, вызываемую антрациклинами. Исследования препаратов не выявили доказательств сокращения противоопухолевой эффективности.

На данный момент все еще есть острая необходимость в нетоксичных препаратах, которые имеют значительное защитное действие от побочных эффектов химиотерапии. BioBran показал свою эффективность в защите от некоторых побочных эффектов, вызванных введением цисплатина и доксорубицина. Он может оказаться очень ценным препаратом для улучшения качества жизни пациентов, получающих химиотерапию. BioBran – это натуральная пищевая добавка, которая применяется для улучшения общего здоровья. Добавка не токсична при дозах для человека 0.5-3 грамма в день. BioBran может оказаться полезным вспомогательным средством при химиотерапии в лечении рака.

Оригинальная версия статьи