biopreparatБИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечениеBiological Products. Prevention, Diagnosis, Treatment2221-996X2619-1156Scientific Centre for Expert Evaluation of Medicinal Products10.30895/2221-996X-2019-19-3-169-177biopreparat-232Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESФармакокинетика рекомбинантного человеческого фактора некроза опухоли альфа в составе средства доставкиPharmacokinetics of Recombinant Human Tumor Necrosis Factor Alpha in the Delivery SystemБатеневаА. В.BatenevaA. V.

Батенева Алена Владимировна, ResearcherID: A-8050-2014

ул. Химзаводская, д. 9, Бердск, Новосибирская область, 633010

Alena V. Bateneva. ResearcherID: A-8050-2014

9 Khimzavodskaya St., Berdsk, Novosibirsk oblast 633010

bateneva_av@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1222-7574СимаковаО. В.SimakovaO. V.

Симакова Ольга Владимировна

ул. Химзаводская, д. 9, Бердск, Новосибирская область, 633010

Olga V. Simakova

9 Khimzavodskaya St., Berdsk, Novosibirsk oblast 633010

simakova_ov@vector.nsc.ruГамалейС. Г.GamaleyS. G.

Гамалей Светлана Георгиевна, ResearcherID: В-7418-2014

ул. Химзаводская, д. 9, Бердск, Новосибирская область, 633010

Svetlana G. Gamaley. ResearcherID: В-7418-2014

9 Khimzavodskaya St., Berdsk, Novosibirsk oblast 633010

gamaley_sg@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5028-5647ВолосниковаЕ. А.VolosnikovaE. A.

Волосникова Екатерина Александровна, канд. биол. наук

ул. Химзаводская, д. 9, Бердск, Новосибирская область, 633010

Ekaterina A. Volosnikova, Cand. Sci. (Biol.)

9 Khimzavodskaya St., Berdsk, Novosibirsk oblast 633010

volosnikova_ea@vector.nsc.ruЛебедевЛ. Р.LebedevL. R.

Лебедев Леонид Рудольфович, д-р мед. наук, ResearcherID: C-8596-2014

ул. Химзаводская, д. 9, Бердск, Новосибирская область, 633010

Leonid R. Lebedev, Dr. Sci. (Med.). ResearcherID: C-8596-2014

9 Khimzavodskaya St., Berdsk, Novosibirsk oblast 633010

lebedev_lr@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5026-1602ДаниленкоЕ. Д.DanilenkoE. D.

Даниленко Елена Дмитриевна, канд. биол. наук

ул. Химзаводская, д. 9, Бердск, Новосибирская область, 633010

Elena D. Danilenko, Cand. Sci. (Biol.)

9 Khimzavodskaya St., Berdsk, Novosibirsk oblast 633010

danilenko_ed@vector.nsc.ruИнститут медицинской биотехнологии Федерального бюджетного учреждения науки «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияInstitute of Medical Biotechnology of the Federal Budgetary Research Institution «State Research Center of Virology and Biotechnology «Vector»Russian Federation201906082019193169177Copyright © Батенева А.В., Симакова О.В., Гамалей С.Г., Волосникова Е.А., Лебедев Л.Р., Даниленко Е.Д., 20192019Батенева А.В., Симакова О.В., Гамалей С.Г., Волосникова Е.А., Лебедев Л.Р., Даниленко Е.Д.Bateneva A.V., Simakova O.V., Gamaley S.G., Volosnikova E.A., Lebedev L.R., Danilenko E.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.biopreparations.ru/jour/article/view/232

Основными проблемами использования фактора некроза опухоли альфа (ФНО-альфа) в противоопухолевой терапии являются его быстрая деградация в кровеносном русле и ограниченная селективность накопления в ткани опухоли. В ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора создана биодеградируемая молекулярная конструкция, обеспечивающая защиту от протеаз и адресную доставку белков в ткань опухоли. На основе этой конструкции разработан противоопухолевый препарат, содержащий рекомбинантный ФНО-альфа человека (рчФНО-альфа). Цель работы: изучить фармакокинетику рчФНО-альфа в средстве доставки при его однократном введении. Материалы и методы: препарат рчФНО-альфа в средстве доставки вводили самкам аутбредных мышей ICR (CD-1) однократно внутривенно в двух эффективных противоопухолевых дозах 2,55 мкг и 5,1 мкг на 20 г массы тела. Концентрацию ФНО-альфа в сыворотке крови и супернатантах гомогенатов органов, взятых в разные сроки после введения, определяли иммуноферментным методом. Результаты: полученные кривые изменения содержания в крови ФНО-альфа удовлетворительно описывались уравнением для двухчастевой модели без всасывания. Быстрая фаза процесса выведения из крови приходилась на период 0–4 ч, медленная — 4–24 ч. Наиболее высоким удельное содержание белка было в ткани кожи, селезенке и почках. Расчет фармакокинетических параметров указал на то, что наиболее высокие значения тканевой доступности fT были установлены для почек и кожи; более длительно (в соответствии с данными MRT) препарат удерживался в почках, печени и коже. Процесс элиминации препарата в основном завершался к концу первых суток после введения. Выводы: рчФНО-альфа в средстве доставки при однократном внутривенном введении мышам в диапазоне эффективных доз быстро элиминировался из крови и распределялся по тканям внутренних органов. Основными органами распределения препарата являлись кожа, почки и селезенка. Процесс элиминации препарата из крови носил двухфазный характер и в основном завершался к концу первых суток.

The main problems of using TNF-alpha in antitumor therapy are its rapid degradation in the bloodstream and the limited selectivity of accumulation in the tumor tissue. The SRC VB «Vector» developed a biodegradable molecular construct that provides protection against proteases and ensures targeted delivery of proteins to the tumor tissue. This construct was used to create an antitumor drug containing recombinant human TNF-alpha (rhTNF-alpha).

The aim of the study was to analyse rhTNF-alpha pharmacokinetics in the delivery system after a single administration.

Materials and methods

Materials and methods: the rhTNF-alpha drug carried by the delivery system was intravenously administered to female outbred ICR (СD-1) mice only once at two effective antitumor doses, 2.55 μg and 5.1 μg / 20 g of body weight. The concentration of TNF-alpha in the serum and supernatants of organ homogenates, obtained at different time points after administration, was analysed by immunoenzyme assay.

Results

Results: the obtained curves of TNF-alpha concentration in the blood were satisfactorily described by the equation for the twocompartment model without absorption. The rapid phase of elimination from the blood took 0–4 h, the slow one — 4–24 h. The highest specific content of protein was observed in the skin, spleen, and kidneys tissue. The calculation of pharmacokinetic parameters demonstrated that the highest values of tissue availability fT were obtained for the kidneys and skin; the drug was retained for longer periods of time in the kidneys, liver and skin (according to the MRT data). As a rule, complete elimination of the drug was observed by the end of the first day after administration.

Conclusions

Conclusions: rhTNF-alpha carried by the delivery system was quickly eliminated from the blood and distributed in the internal organ tissues after a single intravenous administration to mice in the effective doses range. The main organs in which rhTNF-alpha was distributed were skin, kidneys, and spleen. The elimination of the drug from the blood was a two-phase process which was generally over by the end of the first day.

фармакокинетикафактор некроза опухоли альфамолекулярная конструкцияаутбредные мышисредства доставкиpharmacokineticstumor necrosis factor alphamolecular constructoutbred micedelivery systemИсследование проводилось 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.The study was carried out with the financial support of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation within the framework of the Federal Target Programme «Development of pharmaceutical and medical industry of the Russian Federation for the period up to 2020 and beyond», State Contract No. 14.N08.12.0089 of August 29, 2016.ReferencesЧубенко ВА. Иммунотерапия на основе цитокинов (ИЛ-1. ИЛ-2. ТНФ. КСФ. Интерфероны). Практическая онкология. 2016;17(2):99–109.Chubenko VA. Immunotherapy is based on cytokines (IL-1, IL-2, FNO, CSF, IFN). Prakticheskaya onkologiya = Practical oncology. 2016;17(2):99–109 (In Russ.)Kalliolias GD, Ivashkiv LB. TNF biology, pathogenic mechanisms and emerging therapeutic strategies. Nat Rev Rheumatol. 2016;12(1):49–62. https://doi.org/10.1038/nrrheum.2015.169Kalliolias GD, Ivashkiv LB. TNF biology, pathogenic mechanisms and emerging therapeutic strategies. Nat Rev Rheumatol. 2016;12(1):49–62. https://doi.org/10.1038/nrrheum.2015.169Roberts NJ, Zhou S, Diaz LA Jr, Holdhoff M. Systemic use of tumor necrosis factor alpha as an anticancer agent. Oncotarget. 2011;2(10):739–51. https://doi.org/10.18632/oncotarget.344Roberts NJ, Zhou S, Diaz LA Jr, Holdhoff M. Systemic use of tumor necrosis factor alpha as an anticancer agent. Oncotarget. 2011;2(10):739–51. https://doi.org/10.18632/oncotarget.344Tracey KJ, Beutler B, Lowry SF, Merryweather J, Wolpe S, Milsark IW, et al. Shock and tissue injury induced by recombinant human cachectin. Science. 1986;234(4775):470–4. https://doi.org/10.1126/science.3764421Tracey KJ, Beutler B, Lowry SF, Merryweather J, Wolpe S, Milsark IW, et al. Shock and tissue injury induced by recombinant human cachectin. Science. 1986;234(4775):470–4. https://doi.org/10.1126/science.3764421Beutler B, Milsark IW, Cerami AC. Passive immunization against cachectin/tumor necrosis factor protects mice from lethal effect of endotoxin. Science. 1985;229(4716):869–71. https://doi.org/10.1126/science.3895437Beutler B, Milsark IW, Cerami AC. Passive immunization against cachectin/tumor necrosis factor protects mice from lethal effect of endotoxin. Science. 1985;229(4716):869–71. https://doi.org/10.1126/science.3895437Сысоева ГМ, Даниленко ЕД, Гамалей СГ, Батенева АВ, Романов ВП, Масычева ВИ. Противоопухолевые свойства композиционного препарата фактора некроза опухоли альфа с производными гематопорфирина. Сибирский онкологический журнал. 2010;6(42):36–41.Sysoeva GM, Danilenko ED, Gamalei SG, Bateneva AV, Romanov VP, Masycheva VI. Anti-tumor activity of composite agent comprising tumor necrosis factor alpha with hematoporphyrin derivates. Sibirskii onkologicheskii zhurnal = Siberian Journal of Oncology. 2010;6(42):36–41 (In Russ.)Лебедев ЛР, Даниленко ЕД, Телегина ЮВ, Зайцев БН. Противоопухолевое средство на основе фактора некроза опухоли с тропностью к костной ткани. Биомедицинская химия. 2015;61(5):652–6. https://doi.org/10.18097/PBMC20156105652Lebedev LR, Danilenko ED, Telegina YuV, Zaitsev BN. An antitumor osteotropic agent based on tumor necrosis factor. Biomeditsinskaya khimiya = Biomedical Chemistry. 2015;61(5):652–6 (In Russ.) https://doi.org/10.18097/PBMC20156105652Сысоева ГМ, Батенева АВ, Лебедев ЛР, Волосникова ЕА, Иванова ОС, Левагина ГМ и др. Исследование цитотоксической активности рекомбинантного фактора некроза опухоли альфа в средствах адресной доставки и модулирующего эффекта интерферона гамма на клетках меланомы B16-F10. Биофармацевтический журнал. 2016;8(5):9–14.Sysoeva GM, Bateneva AV, Lebedev LR, Volosnikova EA, Ivanova OS, Levagina GM, et al. Evaluation of cytotoxic activity of recombinant tumor necrosis factor alpha in targeted delivery devices and modulating effect of interferon gamma in B16-F10 melanoma cells. Biofarmatsevticheskii zhurnal = Russian Journal of Biopharmaceuticals. 2016;8(5):9–14 (In Russ.)Li M, Qin X, Xue X, Zhang C, Yan Z, Han W, et al. Safety evaluation and pharmacokinetics of a novel human tumor necrosis factor-alpha exhibited a higher antitumor activity and a lower systemic toxicity. Anticancer Drugs. 2010;21(3):243–51. https://doi.org/10.1097/CAD.0b013e328333d5ceLi M, Qin X, Xue X, Zhang C, Yan Z, Han W, et al. Safety evaluation and pharmacokinetics of a novel human tumor necrosis factor-alpha exhibited a higher antitumor activity and a lower systemic toxicity. Anticancer Drugs. 2010;21(3):243–51. https://doi.org/10.1097/CAD.0b013e328333d5ceGong J, Tan G, Sheng N, You W, Wang Z. Targeted treatment of liver metastasis from gastric cancer using specific binding peptide. Am J Transl Res. 2016;8(5):1945–56.Gong J, Tan G, Sheng N, You W, Wang Z. Targeted treatment of liver metastasis from gastric cancer using specific binding peptide. Am J Transl Res. 2016;8(5):1945–56.Xu G, Gu H, Hu B, Tong F, Liu D, Yu X, 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. https://doi.org/10.2147/IJN.S130842Xu G, Gu H, Hu B, Tong F, Liu D, Yu X, 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. https://doi.org/10.2147/IJN.S130842Karpenko LI, Lebedev LR, Ignatyev GM, Agafonov AP, Poryvaeva VA, Pronyaeva TR, et al. Construction of artificial virus-like particles exposing HIV epitopes, and the study of their immunogenic properties. Vaccine. 2003;21(5–6):386– 92. https://doi.org/10.1016/S0264-410X(02)00406-1Karpenko LI, Lebedev LR, Ignatyev GM, Agafonov AP, Poryvaeva VA, Pronyaeva TR, et al. Construction of artificial virus-like particles exposing HIV epitopes, and the study of their immunogenic properties. Vaccine. 2003;21(5–6):386– 92. https://doi.org/10.1016/S0264-410X(02)00406-1Лебедев ЛР, Азаев МШ, Туманов ЮВ, Сизов АА, Ильичев АА, Татьков СИ. Искусственные микобактериальные частицы для иммунизации против туберкулеза. Доклады Академии наук. 2002;387(2):272–5.Lebedev LR, Azaev MSh, Tumanov YuV, Sizov AA, Il’ichev AA, Tat’kov SI. Artificial mycobacterial particles for immunization against tuberculosis. Doklady Akademii Nauk = Reports of the Academy of Sciences. 2002;387(2):272–5 (In Russ.)Масычева ВИ, Лебедев ЛР, Даниленко ЕД, Сысоева ГМ, Гамалей СГ. Противоопухолевое средство на основе наночастиц, несущих рекомбинантный фактор некроза опухоли альфа человека. Патент Российской Федерации № 2386447; 2008.Masycheva VI, Lebedev LR, Danilenko ED, Sysoeva GM, Gamaley SG. Anticancer drug based on nanoparticles bearing recombinant human tumor necrosis factor alpha. Patent of the Russian Federation No. 2386447; 2008 (In Russ.)Масычева ВИ, Даниленко ЕД, Сысоева ГМ, Батенева АВ, Устименко СЮ, Акулова НИ и др. Конструирование нанобиопрепарата, содержащего фактор некроза опухоли альфа человека. В кн.: Материалы Пятого международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития». М.; 2009. Ч. 1. С. 456.Masycheva VI, Danilenko ED, Sysoeva GM, Ustimenko SYu, Akulova NI, et al. Construction of the nanobiopreparation containing human tumor necrosis factor alpha. In: Materials of the fifth International Congress «Biotechnology: State of the Art and prospects of development«. Moscow; 2009. Part 1. P. 456 (In Russ.)Даниленко ЕД, Левагина ГМ, Волосникова ЕА, Лебедев ЛР, Сысоева ГМ, Вязовая ЕА. Противоопухолевое средство на основе биодеградируемых наночастиц, не-сущих рекомбинантный фактор некроза опухоли альфа человека. Патент Российской Федерации № 2691938; 2018.Danilenko ЕD, Levagina GM, Volosnikova EA, Lebedev LR, Sysoeva GM, Vyazovaya EA. Antitumour agent based on biodegradable nanoparticles carrying a recombinant human tumor necrosis factor alpha. Patent of the Russian Federation No. 2691938; 2018 (In Russ.)Гамалей СГ, Батенева АВ, Сысоева ГМ, Даниленко ЕД, Лебедев ЛР, Масычева ВИ. Фармакокинетика и противоопухолевые свойства препарата, содержащего ФНО-α в составе наночастиц. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2010;149(3):296–9. https://doi.org/10.1007/s10517-010-0937-9Gamaley SG, Bateneva AV, Sysoeva GM, Danilenko ЕD, Lebedev LR, Masycheva VI. Pharmacokinetics and antitumor effects of the drug containing TNF-α in nanoparticles. Byulleten’ eksperimental’noy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2010;149(3):296–9 (In Russ.). https://doi.org/10.1007/s10517-010-0937-9Сысоева ГМ, Гамалей СГ, Лебедев ЛР, Нуштаева АА, Даниленко ЕД, Левагина ГМ. Исследование противоопухолевой активности молекулярной конструкции фактора некроза опухоли in vitro и in vivo. Медицинская иммунология. 2015;17(S):425.Sysoeva GM, Gamaley SG, Lebedev LR, Nushtaeva AA, Danilenko ЕD, Levagina GM. Study on the antitumor activity of the molecular construct of tumor necrosis factor in vitro and in vivo. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia). 2015;17(S):425 (In Russ.)Сысоева ГМ, Зуева ЕП, Попова НА, Каледин ВИ, Симакова ОВ, Гамалей СГ и др. Противоопухолевая эффективность рекомбинантного фактора некроза опухоли альфа человека в системе доставки. Acta Naturae. 2017;спецвыпуск:165.Sysoeva GM, Zueva EP, Popova NA, Kaledin VI, Simakova OV, Gamaley SG, et al. Antitumor efficacy of recombinant human tumor necrosis factor alpha within the delivery system. Acta Naturae. 2017;special issue:165 (In Russ.)Соловьев ВН, Фирсов АA, Филов ВА, ред. Фармакокинетика. М.: Медицина; 1980.Soloviev VN, Firsov AA, Filov VA, eds. Pharmacokinetics. Moscow: Meditsina; 1980 (In Russ.)

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