biopreparatБИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечениеBiological Products. Prevention, Diagnosis, Treatment2221-996X2619-1156Scientific Centre for Expert Evaluation of Medicinal Products10.30895/2221-996X-2026-26-1-108-118biopreparat-714Research ArticleТема номера: ИННОВАЦИОННЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ПРЕПАРАТЫ: ОТ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ К РЕАЛЬНОЙ КЛИНИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕIssue topic INNOVATIVE BIOLOGICAL PRODUCTS: TRANSLATING FUNDAMENTAL RESEARCH INTO REAL CLINICAL PRACTICEСпецифическая активность и токсичность лиофилизированного препарата рекомбинантного гранулоцитарномакрофагального колониестимулирующего фактора человека (E. coli BL21/pET-GST-6His-GM): исследования in vitro и in vivoSpecific activity and toxicity of lyophilized recombinant human granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (E. coli BL21/pET-GST6His-GM): in vitro and in vivo studyhttps://orcid.org/0000-0002-7441-333XГамалейС. Г.GamaleyS. G.

Гамалей Светлана Георгиевна

р.п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

Svetlana G. Gamaley

Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

gamaley_sg@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1078-7033ШиминаГ. Г.ShiminaG. G.

Шимина Галина Григорьевна

р.п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

Galina G. Shimina

Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

shimina_gg@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0394-9698ВязоваяЕ. А.VyazovayaE. A.

Вязовая Елена Алексеевна, канд. биол. наук

р.п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

Elena A. Vyazovaya, Cand. Sci. (Biol.)

Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

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

Симакова Ольга Владимировна

р.п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

Olga V. Simakova

Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

simakova_ov@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0009-0004-0644-9295ЯдренкинаТ. Г.YadrenkinaT. G.

Ядренкина Татьяна Геннадьевна, канд. ветер. наук

р.п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

Tatyana G. Yadrenkina, Cand. Sci. (Vet.)

Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

yadrenkina_tg@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6746-8092ТарановО. С.TaranovO. S.

Таранов Олег Святославович

р.п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

Oleg S. Taranov

Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

taranov@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2028-6099ОмиговВ. В.OmigovV. V.

Омигов Владимир Вилорьевич, канд. мед. наук

р.п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

Vladimir V. Omigov, Cand. Sci. (Med.)

Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

omigov_vv@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0009-0003-5165-5357ЕмцоваК. Ф.EmtsovaK. F.

Емцова Ксения Федоровна

р.п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

Ksenia F. Emtsova

Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

emtsova_kf@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9006-8313ЕсинаТ. И.EsinaT. I.

Есина Татьяна Игоревна

р.п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

Tatyana I. Esina

Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

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

Волосникова Екатерина Александровна, канд. биол. наук

р.п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

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

Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

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

Даниленко Елена Дмитриевна, канд. биол. наук

р.п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

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

Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

danilenko_ed@vector.nsc.ruФедеральное бюджетное учреждение науки «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияState Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”Russian Federation202601042026261108118Copyright © Гамалей С.Г., Шимина Г.Г., Вязовая Е.А., Симакова О.В., Ядренкина Т.Г., Таранов О.С., Омигов В.В., Емцова К.Ф., Есина Т.И., Волосникова Е.А., Даниленко Е.Д., 20262026Гамалей С.Г., Шимина Г.Г., Вязовая Е.А., Симакова О.В., Ядренкина Т.Г., Таранов О.С., Омигов В.В., Емцова К.Ф., Есина Т.И., Волосникова Е.А., Даниленко Е.Д.Gamaley S.G., Shimina G.G., Vyazovaya E.A., Simakova O.V., Yadrenkina T.G., Taranov O.S., Omigov V.V., Emtsova K.F., Esina T.I., Volosnikova E.A., 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/714ВВЕДЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. Создание новых эффективных препаратов на основе гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ) остается актуальной задачей, поскольку изучение биологических эффектов препарата открывает новые перспективы его клинического применения для лечения множества заболеваний – от онкологических и гематологических до нейродегенеративных. В связи с разработкой нового лиофилизированного препарата рекомбинантного человеческого ГМ-КСФ (рчГМ-КСФ) на основе штамма-продуцента Esсherichia coli BL21/pET-GST-6His-GM необходима оценка его специфической активности и токсичности.

ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ. Изучение специфической пролиферативной (in vitro) и гемопоэзстимулирующей (in vivo) активности, а также острой и субхронической токсичности нового лиофилизированного препарата рчГМ-КСФ для подкожного введения.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. Использовали лиофилизированный рчГМ-КСФ (штамм E. coli BL21/pET-GST-6His-GM) производства ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора (Россия). Пролиферативную активность определяли на культуре клеток эритролейкемии человека TF-1 в ХТТ-тесте. Гемопоэзстимулирующую активность оценивали на мышах линии СВА/Calaс (самцы, возраст 2,0–2,5 мес.) с моделью миелосупрессии, индуцированной циклофосфамидом (200 мг/кг, внутрибрюшинно). Препарат рчГМ-КСФ вводили животным подкожно в дозе 90 мкг/кг в течение 4 сут. На 5 сут анализировали лейкограмму. Острую токсичность препарата оценивали при однократном подкожном введении самцам и самкам мышей линии ICR (500 и 1000 мкг/кг), субхроническую – при четырехкратном введении (90 мкг/кг). Через 1 и 7 сут оценивали массу и температуру тела, общий и биохимический анализы крови, проводили макро- и микроскопические исследования внутренних органов, включая сердце, легкое, печень, почки и др.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. Препарат рчГМ-КСФ проявлял выраженную пролиферативную активность на клетках TF-1 (ЕD50=0,48 нг/мл). На мышах с миелосупрессией препарат приводил к увеличению числа сегментоядерных нейтрофилов в 2,1 раза относительно контроля. Однократное и многократное введение препарата рчГМ-КСФ не вызывало гибель животных, не влияло на массу и температуру тела, а также не приводило к значимым изменениям гематологических, биохимических показателей, макро- и микроскопической структуры органов.

ВЫВОДЫ

ВЫВОДЫ. Новый лиофилизированный препарат рчГМ-КСФ продемонстрировал высокую пролиферативную и гемопоэзстимулирующую активность, а также отсутствие выраженной острой и субхронической токсичности. Полученные результаты обосновывают перспективность дальнейшей фармацевтической разработки данного препарата в качестве эффективного и безопасного гемопоэзстимулирующего средства.

INTRODUCTION

INTRODUCTION. The development of new effective drugs based on granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) remains a relevant objective: the study of the drug’s biological effects opens new prospects for its clinical use in the treatment of a wide range of diseases – from oncological and hematological disorders to neurodegenerative conditions. Developing a new lyophilized recombinant human GM-CSF (rhGM-CSF) based on Esсherichia coli BL21/pET-GST-6His-GM producer strain warrants an assessment of its specific activity and toxicity.

AIM

AIM. This study aimed to examine the specific proliferative activity (in vitro) and hematopoietic stimulatory effect (in vivo), as well as acute and subchronic toxicity of a new lyophilized rhGM-CSF preparation for subcutaneous administration.

MATERIALS AND METHODS

MATERIALS AND METHODS. Lyophilized rhGM-CSF (strain E. coli BL21/pET-GST-6His-GM) produced by State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector” (Russia) was used in the study. The proliferative activity was assessed in the human erythroleukemia TF-1 cell culture by XTT assay. Hematopoietic stimulatory activity was assessed in male CBA/Calac mice subjected to cyclophosphamide-induced myelosuppression (200 mg/kg, intraperitoneally). The rhGM-CSF preparation was administered at a dose of 90 μg/kg subcutaneously daily for 4 days. A leukogram was calculated on Day 5. The acute toxicity of the preparation was assessed by a single subcutaneous administration to male and female ICR mice at 500 and 1,000 μg/kg, subchronic toxicity – by four subcutaneous administrations at 90 μg/kg. On Days 1 and 7, body weight, temperature, complete blood count, biochemical markers and internal organ histology (heart, lungs, liver, kidneys, etc.) were evaluated.

RESULTS

RESULTS. The rhGM-CSF preparation demonstrated pronounced proliferative activity on TF-1 cells (ED50=0.48 ng/mL). In mice with myelosuppression, the preparation resulted in a 2.1-fold increase in the number of segmented neutrophils compared to the control group. Single and repeated administration did not cause death of animals, did not affect body weight or temperature, nor did it result in significant changes of hematological or biochemical parameters or macro- and microscopic anatomy of organs.

CONCLUSIONS

CONCLUSIONS. The new lyophilized rhGM-CSF preparation has demonstrated high proliferative and hematopoietic stimulatory activity, as well as insignificant acute and subchronic toxicity. The obtained results substantiate further pharmaceutical development of the preparation as an effective and safe hematopoietic stimulatory agent.

гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий факторрекомбинантные белкирчГМ-КСФлиофилизированный препаратпролиферативная активностьгемопоэзострая токсичностьсубхроническая токсичностьмиелосупрессияin vitroin vivogranulocyte-macrophage colony-stimulating factorrecombinant proteinsrhGM-CSFlyophilized preparationcell proliferationhematopoiesisacute toxicitysubchronic toxicitymyelosuppressionin vitroin vivoРабота выполнена в рамках государственного задания ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора на проведение прикладных научных исследований (номер государственного учета НИР 121040200101-8)The study was funded under State Assignment of the State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector” of Rospotrebnadzor for applied scientific research (R&D Registry No. 121040200101-8)ReferencesЗурочка АВ, Гриценко ВА, Зурочка ВА и др. Гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ) и его синтетические аналоги: иммунобиологические эффекты и клиническое применение. Екатеринбург: УрО РАН; 2021. EDN: LXCUQEZurochka AV, Gritsenko VA, Zurochka VA, et al. Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) and its synthetic analogues: immunobiological effects and clinical application. Ekaterinburg: UrO RAN; 2021 (In Russ.). EDN: LXCUQEMcCarthy J, Boyle N, McCarthy C. Recombinant GM-CSF drug evaluation review. Immunotherapy. 2025;17(14):983–93. https://doi.org/10.1080/1750743X.2025.2571020McCarthy J, Boyle N, McCarthy C. Recombinant GM-CSF drug evaluation review. Immunotherapy. 2025;17(14):983–93. https://doi.org/10.1080/1750743X.2025.2571020Petrina M, Martin J, Basta S. Granulocyte macrophage colony-stimulating factor has come of age: From a vaccine adjuvant to antiviral immunotherapy. Cytokine Growth Factor Rev. 2021;59:101–10. https://doi.org/10.1016/j.cytogfr.2021.01.001Petrina M, Martin J, Basta S. Granulocyte macrophage colony-stimulating factor has come of age: From a vaccine adjuvant to antiviral immunotherapy. Cytokine Growth Factor Rev. 2021;59:101–10. https://doi.org/10.1016/j.cytogfr.2021.01.001Lazarus HM, Pitts K, Wang T, et al. Recombinant GM-CSF for diseases of GM-CSF insufficiency: Correcting dysfunctional mononuclear phagocyte disorders. Front Immunol. 2023;13:1069444. https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.1069444Lazarus HM, Pitts K, Wang T, et al. Recombinant GM-CSF for diseases of GM-CSF insufficiency: Correcting dysfunctional mononuclear phagocyte disorders. Front Immunol. 2023;13:1069444. https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.1069444Dale DC, Crawford J, Klippel Z, et al. A systematic literature review of the efficacy, effectiveness, and safety of filgrastim. Support Care Cancer. 2018;26(1):7–20. https://doi.org/10.1007/s00520-017-3854-xDale DC, Crawford J, Klippel Z, et al. A systematic literature review of the efficacy, effectiveness, and safety of filgrastim. Support Care Cancer. 2018;26(1):7–20. https://doi.org/10.1007/s00520-017-3854-xRizzo A. Use of granulocyte colony-stimulating factor for adult cancer patients: current issues and future directions. Future Oncol. 2021;17(26):3411–3. https://doi.org/10.2217/fon-2021-0678Rizzo A. Use of granulocyte colony-stimulating factor for adult cancer patients: current issues and future directions. Future Oncol. 2021;17(26):3411–3. https://doi.org/10.2217/fon-2021-0678Mora J, Modak S, Kinsey J, et al. GM-CSF, G-CSF or no cytokine therapy with anti-GD2 immunotherapy for high-risk neuroblastoma. Int J Cancer. 2024;154(8):1340–64. https://doi.org/10.1002/ijc.34815Mora J, Modak S, Kinsey J, et al. GM-CSF, G-CSF or no cytokine therapy with anti-GD2 immunotherapy for high-risk neuroblastoma. Int J Cancer. 2024;154(8):1340–64. https://doi.org/10.1002/ijc.34815Obrador E, Salvador R, Villaescusa JI, et al. Radioprotection and radiomitigation: From the bench to clinical practice. Biomedicines. 2020;8(11):461. https://doi.org/10.3390/biomedicines8110461Obrador E, Salvador R, Villaescusa JI, et al. Radioprotection and radiomitigation: From the bench to clinical practice. Biomedicines. 2020;8(11):461. https://doi.org/10.3390/biomedicines8110461Lazarus HM, Ragsdale CE, Gale RP, Lyman GH. Sargramostim (rhu GM-CSF) as cancer therapy (systematic review) and an immunomodulator. A drug before its time? Front Immunol. 2021;12:706186. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.706186Lazarus HM, Ragsdale CE, Gale RP, Lyman GH. Sargramostim (rhu GM-CSF) as cancer therapy (systematic review) and an immunomodulator. A drug before its time? Front Immunol. 2021;12:706186. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.706186Ma M, Yao L, Li M, et al. Granulopoiesis-stimulating factors to prevent adverse effects in the treatment of solid tumors. Cochrane Database Syst Rev. 2024(1):CD015656. https://doi.org/10.1002/14651858.CD015656Ma M, Yao L, Li M, et al. Granulopoiesis-stimulating factors to prevent adverse effects in the treatment of solid tumors. Cochrane Database Syst Rev. 2024(1):CD015656. https://doi.org/10.1002/14651858.CD015656Зурочка АВ, Зурочка ВА, Добрынина МА, Гриценко ВА. Иммунобиологические свойства гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора и синтетических пептидов его активного центра. Медицинская иммунология. 2021;23(5):1031–54. https://doi.org/10.15789/1563-0625-IPO-2216Zurochka AV, Zurochka VA, Dobrynina MA, Gritsenko VA. Immunobiological properties of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor and synthetic peptides of his active center. Medical Immunology (Russia). 2021;23(5):1031–54 (In Russ.). https://doi.org/10.15789/1563-0625-IPO-2216Гилева ИП, Есина ТИ, Волосникова ЕА и др. Рекомбинантная плазмидная ДНК p280_2GM, кодирующая полипептид со свойствами гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора человека, штамм E.coli SG 20050/p280_2GM — продуцент полипептида со свойствами гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора человека и способ получения указанного полипептида. Патент Российской Федерации № 2708556; 2019. EDN: GEBQSJGileva IP, Esina TI, Volosnikova EA, et al. Recombinant plasmid DNA p280_2GM coding polypeptide with properties of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor of human, strain Escherichia coli SG 20050/p280_2GM — producer of polypeptide with properties of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor of human and method of obtaining of said polypeptide. Patent of the Russian Federation No. 2708556; 2019 (In Russ.). EDN: GEBQSJEsina TI, Lebedev LR, Volosnikova EA, et al. Method for obtaining recombinant human granulocyte-macrophage colony-stimulating factor. Biotechnology in Russia. 2019;(3):68–73. EDN: EBPUDBEsina TI, Lebedev LR, Volosnikova EA, et al. Method for obtaining recombinant human granulocyte-macrophage colony-stimulating factor. Biotechnology in Russia. 2019;(3):68–73. EDN: EBPUDBQing R, Hao S, Smorodina E, et al. Protein design: From the aspect of water solubility and stability. Chem Rev. 2022;122(18):14085–179. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c0075714 Qing R, Hao S, Smorodina E, et al. Protein design: From the aspect of water solubility and stability. Chem Rev. 2022;122(18):14085–179. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00757Волосникова ЕА, Волкова НВ, Гогина ЯС и др. Остаток глицина на N-конце рекомбинантного GM-CSF не снижает его гранулоцитпоэзстимулирующую активность. Биотехнология. 2025;41(1):69–77. https://doi.org/10.56304/S0234275825010120Volosnikova EA, Volkova NV, Gogina YS, et al. Glycine Residue at the N-terminus of recombinant GM-CSF does not decrease granulocytepoiesis stimulatingactivity. Bioteсhnology in Russia. 2025;41(1):69–77 (In Russ.). https://doi.org/10.56304/S0234275825010120Kitamura T, Tange T, Terasawa T, et al. Establishment and characterization of a unique human cell line that proliferates dependently on GM-CSF, IL-3, or erythropoietin. J Cell Physiol. 1989;140(2):323–34. https://doi.org/10.1002/jcp.1041400219Kitamura T, Tange T, Terasawa T, et al. Establishment and characterization of a unique human cell line that proliferates dependently on GM-CSF, IL-3, or erythropoietin. J Cell Physiol. 1989;140(2):323–34. https://doi.org/10.1002/jcp.1041400219Гражданцева АА, Сиволобова ГФ, Ткачева АВ и др. Высокоэффективная продукция биологически активного секретируемого гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора человека рекомбинантным вирусом осповакцины. Биотехнология. 2015;31(5):13–21. EDN: VLDZWR https://doi.org/10.1134/S0003683816070036Grazhdantseva AA, Sivolobova GF, Tkacheva AV, et al. Highly effective production of biologically active, secreted, human granulocyte-macrophage colony-stimulating factor by recombinant vaccinia virus. Appl Biochem Microbiol. 2016;52(7):685–91. https://doi.org/10.1134/S0003683816070036Шимина ГГ, Батенева АВ, Гамалей СГ и др. Исследование гемостимулирующих свойств рекомбинантного гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора человека. БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2020;20(4):268–76. https://doi.org/10.30895/2221-996X-2020-20-4-268-276Shimina GG, Bateneva AV, Gamaley SG, et al. Study on hemostimulating properties of granulocyte-macrophage colony stimulating factor. BIOpreparations. Prevention, Diagnosis, Treatment. 2020;20(4):268–76 (In Russ.). https://doi.org/10.30895/2221-996X-2020-20-4-268-276Новицкий ВВ, Евтушенко ОМ. Руководство к практическим занятиям по гематологии. Томск: Сибирский медицинский университет; 1999. EDN: SIFWVPNovitskiy VV, Evtushenko OM. A guide to practical studies on hematology. Tomsk: Siberian Medical University; 1999 (In Russ.). EDN: SIFWVPГржибовский АМ, Иванов СВ, Горбатова МА. Сравнение количественных данных трех и более независимых выборок с использованием программного обеспечения STATISTICA и SPSS: параметрические и непараметрические критерии. Наука и здравоохранение. 2016;(4):5–37. EDN: WKPWYLGrjibovski AM, Ivanov SV, Gorbatova MA. Analysis of quantitative data in three or more independent groups using STATISTICA and SPSS software: parametric and non-parametric tests. Science & Healthcare. 2016;(4):5–37 (In Russ.). EDN: WKPWYLАлпатова НА, Гайдерова ЛА, Яковлев АК и др. Особенности определения специфической активности биотехнологических лекарственных средств. БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2017;17(1):13–26. EDN: YHSSGLAlpatova NA, Gayderova LA, Yakovlev AK, et al. Assessment of biotechnological products specific activity. BIOpreparations. Prevention, Diagnosis, Treatment. 2017;17(1):13–26 (In Russ.). EDN: YHSSGLHercus TR, Bagley CJ, Cambareri B, et al. Specific human granulocyte-macrophage colony- stimulating factor antagonists. Proc Natl Acad Sci USA. 1994;91(13):5838–42. https://doi.org/10.1073/pnas.91.13.5838Hercus TR, Bagley CJ, Cambareri B, et al. Specific human granulocyte-macrophage colony- stimulating factor antagonists. Proc Natl Acad Sci USA. 1994;91(13):5838–42. https://doi.org/10.1073/pnas.91.13.5838Ипатова МГ, Мухина ЮГ, Шумилов ПВ. Интерпретация биохимического анализа крови при патологии печени. Синдром холестаза. Часть 2. Практика педиатра. 2017;(4):18–28. EDN: ZMQPTHIpatova MG, Mukhina YuG, Shumilov PV. Interpretation of biochemical blood test in liver pathology. Cholestasis syndrome. Part 2. Pediatrician’s Practice. 2017;(4):18–28 (In Russ.). EDN: ZMQPTH

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