actabiomedicaActa Biomedica ScientificaActa Biomedica Scientifica2541-94202587-9596Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems10.29413/ABS.2023-8.6.15actabiomedica-4502Research ArticleОНКОЛОГИЯONCOLOGYЦитотоксическое действие онколитического вируса VV-GMCSF-Lact в отношении 3D-культур клеток глиобластомы человека U-87MGCytotoxic effect of the VVGMCSF-Lact oncolytic virus against 3D cultures of human glioblastoma cells U-87 MGhttps://orcid.org/0000-0002-7281-9096ДымоваМ. А.DymovaM. A.

Дымова Майя Александровна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биотехнологии 

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 8

Maya A. Dymova – Cand. Sc. (Biol.), Senior Research Officer at the Laboratory of Biotechnology 

Akademika Lavrentieva Ave. 8, Novosibirsk 630090

maya.a.rot@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-7452-8372ШнайдерТ. А.ShnaiderT. A.

Шнайдер Татьяна Александровна – младший научный сотрудник сектора геномных механизмов онтогенеза 

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 10

Tatyana A. Shnaider – Junior Research Officer at the Department of Genomic Mechanisms of Ontogenesis 

Akademika Lavrentieva Ave. 10, Novosibirsk 630090

shnayder.t@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0656-5806ЧечеткинаС. А.ChechetkinaS. A.

Чечёткина Софья Александровна – студентка 

630090, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2

Sophia A. Chechetkina – student 

Pirogova str. 2, Novosibirsk 630090

s.tschetschetkina@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-2924-5920ПетровГ. О.PetrovG. O.

Петров Глеб Олегович – старший лаборант лаборатории биотехнологии 

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 8

Gleb O. Petrov – Senior Clinical Research Assistant at the Laboratory of Biotechnology 

Akademika Lavrentieva Ave. 8, Novosibirsk 630090

petrov.olegovich@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0005-1210-1815МалышеваД. О.MalyshevaD. O.

Малышева Дарья Олеговна – лаборант лаборатории биотехнологии 

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 8

Daria O. Malysheva – Clinical Research Assistant at the Laboratory of Biotechnology 

Akademika Lavrentieva Ave. 8, Novosibirsk 630090

d.malysheva@g.nsu.ruhttps://orcid.org/0009-0001-7343-4438ДроковД. В.DrokovD. V.

Дроков Данил Валерьевич – студент 

630090, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2

Danil V. Drokov – student 

Pirogova str. 2, Novosibirsk 630090

d.drokov@g.nsu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6909-7301АгеенкоА. Б.AgeenkoA. B.

Агеенко Алиса Борисовна – инженер первой категории лаборатории биотехнологии 

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 8

Alisa B. Ageenko – Engineer of the First Category at the Laboratory of Biotechnology 

Akademika Lavrentieva Ave. 8, Novosibirsk 630090

a.ageenko@alumni.nsu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0392-794XВасильеваН. С.VasilevaN. S.

Васильева Наталья Сергеевна – младший научный сотрудник лаборатории геномного редактирования 

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 8

Natalia S. Vasileva – Junior Research Officer at the Laboratory of Genomic Editing 

Akademika Lavrentieva Ave. 8, Novosibirsk 630090

nataly_vas@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5849-5892РихтерВ. А.RichterV. A.

Рихтер Владимир Александрович – заведующий лабораторией биотехнологии 

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 8

Vladimir  A. Richter – Head of the Laboratory of Biotechnology 

Akademika Lavrentieva Ave. 8, Novosibirsk 630090

richter@niboch.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3145-1878КулигинаЕ. В.KuliginaE. V.

Кулигина Елена Владимировна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биотехнологии 

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 8

Elena V. Kuligina – Cand. Sc. (Biol.), Senior Research Officer at the Laboratory of Biotechnology 

Akademika Lavrentieva Ave. 8, Novosibirsk 630090

kuligina@niboch.nsc.ruФГБУН Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАНInstitute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН»Institute of Cytology and Genetics, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesФГАОУ ВО «Новосибирский государственный университет»Novosibirsk State University20231501202486162169Copyright © Дымова М.А., Шнайдер Т.А., Чечеткина С.А., Петров Г.О., Малышева Д.О., Дроков Д.В., Агеенко А.Б., Васильева Н.С., Рихтер В.А., Кулигина Е.В., 20242024Дымова М.А., Шнайдер Т.А., Чечеткина С.А., Петров Г.О., Малышева Д.О., Дроков Д.В., Агеенко А.Б., Васильева Н.С., Рихтер В.А., Кулигина Е.В.Dymova M.A., Shnaider T.A., Chechetkina S.A., Petrov G.O., Malysheva D.O., Drokov D.V., Ageenko A.B., Vasileva N.S., Richter V.A., Kuligina E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.actabiomedica.ru/jour/article/view/4502Обоснование

Обоснование. Одним из перспективных методов лечения опухолей является виротерапия, в основе которой лежит прямой лизис вирусом опухолевых клеток и вирус-опосредованный противоопухолевый иммунный ответ организма. Для рекомбинантного штамма вируса осповакцины VV-GMCSFLact, продуцирующего GMCSF человека и онкотоксический белок лактаптин, показано цитотоксическое и противоопухолевое действие в экспериментах in  vitro и  in  vivo соответственно при использовании адгезивных культур клеток U-87 MG глиобластомы человека. 3D-культуры являются более релевантной моделью опухоли в сравнении с адгезивными моделями, так как более полно отражают реалистичный сценарий развития опухолевого процесса, а также ответа опухоли на противоопухолевую терапию.

Цель исследования

Цель исследования. Оценка цитотоксического действия онколитического вируса VV-GMCSF-Lact в отношении клеток 3D-культур глиобластомы человека U-87 MG.

Методы

Методы. В работе использовались следующие методы: культивирование 3D-культур клеток; цитофлуориметрия; микроскопический анализ; титрование вируса; статистическая обработка данных.

Результаты

Результаты. Клетки U-87  MG были трансдуцированы лентивирусным вектором, несущим ген GFP. Цитотоксичность вируса VV-GMCSF-Lact (IC50) в отношении исследуемых клеток составила 0,024 БОЕ/клетку. Далее клетки U-87 MG культивировали в условиях формирования 3D-структур. С помощью микроскопического анализа показано онколитическое действие вируса на клетки 3D-культур уже спустя 24 часа после начала инкубации. Методом проточной цитофлуориметрии показано увеличение гранулярности клеток глиобластомы под действием вируса, что указывает на активную репликацию вируса в клетках. Титр вируса составил 0,44 БОЕ/клетку.

Заключение

Заключение. Рекомбинантный вирус VV-GMCSF-Lact оказывает цитотоксическое действие на 3D-культуры клеток глиобластомы человека U-87 MG, активно реплицируется в них. В дальнейшем для тестирования онколитического действия VV-GMCSF-Lact планируется использовать не только 3D-культуры глиобластомы человека, но и церебральные органоиды, полученные в процессе сокультивирования клеток глиобластомы и индуцированных плюрипотентных клеток человека.

Background

Background. One of the promising methods of treating tumors is virotherapy, which is based on direct lysis of cancer cells by a virus and a virus-mediated antitumor immune response of the body. For the recombinant vaccinia virus strain VVGMCSF-Lact, producing human GMCSF and the oncotoxic protein lactaptin, cytotoxic and antitumor effects were shown in experiments in vitro and in vivo, respectively, when using adhesive cultures of U-87 MG human glioblastoma cells. 3D cultures are a more relevant tumor model than adhesive models, as they more fully reflect the realistic scenario of cancer development, as well as the response of the tumor to anticancer therapy.

The aim

The aim. To evaluate the cytotoxic effect of the oncolytic virus VV-GMCSF-Lact against 3D cultures of human glioblastoma U-87 MG.

Materials and methods

Materials and methods. The following methods were used in the work: cultivation of 3D cell cultures, cytofluorometry, microscopic analysis, virus titration, statistical analysis.

Results

Results. U-87 MG cells were transduced with a lentiviral vector carrying the GFP reporter gene. The cytotoxicity of the VV-GMCSF-Lact virus (IC50) against the studied cells was 0.024 PFU/cell. U-87 MG cells were cultured under conditions for the formation of 3D structures. Microscopic analysis showed the oncolytic effect of the virus on the cells of 3D cultures as early as 24 hours after the start of incubation. Flow cytometry showed an increase in the granularity of glioblastoma cells under the action of the virus, which indicates active replication of the virus in the cells. The virus titer was 0.44 PFU/cell.

Conclusions

Conclusions. The recombinant VV-GMCSF-Lact virus has a cytotoxic effect on 3D human glioblastoma U-87 MG cell cultures and actively replicates in them. In the future, to test the oncolytic effect of VV-GMCSF-Lact, it is planned to use not only 3D human glioblastoma cultures, but also cerebral organelles obtained in the process of cocultivation of glioblastoma cells and induced human pluripotent cells.

глиобластоманейросферыонколитический вирусVV-GMCSF-Lactglioblastomaneurospheresoncolytic virusVV-GMCSF-LactИсследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда № 22-64-00041 (https://rscf.ru/prjcard_ int?22-64-00041).ReferencesTykocki T, Eltayeb M. Ten-year survival in glioblastoma. A systematic review. J Clin Neurosci. 2018; 54: 7-13. doi: 10.1016/j.jocn.2018.05.002Tykocki T, Eltayeb M. Ten-year survival in glioblastoma. A systematic review. J Clin Neurosci. 2018; 54: 7-13. doi: 10.1016/j.jocn.2018.05.002Koval O, Kochneva G, Tkachenko A, Troitskaya O, Sivolobova G, Grazhdantseva A, et al. Recombinant vaccinia viruses coding transgenes of apoptosis-inducing proteins enhance apoptosis but not immunogenicity of infected tumor cells. Biomed Res Int. 2017; 2017: 3620510. doi: 10.1155/2017/3620510Koval O, Kochneva G, Tkachenko A, Troitskaya O, Sivolobova G, Grazhdantseva A, et al. Recombinant vaccinia viruses coding transgenes of apoptosis-inducing proteins enhance apoptosis but not immunogenicity of infected tumor cells. Biomed Res Int. 2017; 2017: 3620510. doi: 10.1155/2017/3620510Vasileva N, Ageenko A, Dmitrieva M, Nushtaeva A, Mishinov S, Kochneva G, et al. Double recombinant vaccinia virus: A candidate drug against human glioblastoma. Life (Basel). 2021; 11(10): 1084. doi: 10.3390/life11101084Vasileva N, Ageenko A, Dmitrieva M, Nushtaeva A, Mishinov S, Kochneva G, et al. Double recombinant vaccinia virus: A candidate drug against human glioblastoma. Life (Basel). 2021; 11(10): 1084. doi: 10.3390/life11101084Vasileva NS, Ageenko AB, Richter VA, Kuligina EV. The signaling pathways controlling the efficacy of glioblastoma therapy. Acta Naturae. 2022; 14(2): 62-70. doi: 10.32607/actanaturae.11623Vasileva NS, Ageenko AB, Richter VA, Kuligina EV. The signaling pathways controlling the efficacy of glioblastoma therapy. Acta Naturae. 2022; 14(2): 62-70. doi: 10.32607/actanaturae.11623Banijamali RS, Soleimanjahi H, Soudi S, Karimi H, Abdoli A, Seyed Khorrami SM, et al. Kinetics of oncolytic reovirus T3D replication and growth pattern in mesenchymal stem cells. Cell J. 2020; 22(3): 283-292. doi: 10.22074/cellj.2020.6686Banijamali RS, Soleimanjahi H, Soudi S, Karimi H, Abdoli A, Seyed Khorrami SM, et al. Kinetics of oncolytic reovirus T3D replication and growth pattern in mesenchymal stem cells. Cell J. 2020; 22(3): 283-292. doi: 10.22074/cellj.2020.6686O’Leary MP, Warner SG, Kim SI, Chaurasiya S, Lu J, Choi AH, et al. A novel oncolytic chimeric orthopoxvirus encoding luciferase enables real-time view of colorectal cancer cell infection. Mol Ther Oncolytics. 2018; 9: 13-21. doi: 10.1016/j.omto.2018.03.001O’Leary MP, Warner SG, Kim SI, Chaurasiya S, Lu J, Choi AH, et al. A novel oncolytic chimeric orthopoxvirus encoding luciferase enables real-time view of colorectal cancer cell infection. Mol Ther Oncolytics. 2018; 9: 13-21. doi: 10.1016/j.omto.2018.03.001Huang Y, Wang S, Guo Q, Kessel S, Rubinoff I, Chan LL, et al. Optical coherence tomography detects necrotic regions and volumetrically quantifies multicellular tumor spheroids. Cancer Res. 2017; 77(21): 6011-6020. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-17-0821Huang Y, Wang S, Guo Q, Kessel S, Rubinoff I, Chan LL, et al. Optical coherence tomography detects necrotic regions and volumetrically quantifies multicellular tumor spheroids. Cancer Res. 2017; 77(21): 6011-6020. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-17-0821Langhans SA. Three-dimensional in vitro cell culture models in drug discovery and drug repositioning. Front Pharmacol. 2018; 9: 6. doi: 10.3389/fphar.2018.00006Langhans SA. Three-dimensional in vitro cell culture models in drug discovery and drug repositioning. Front Pharmacol. 2018; 9: 6. doi: 10.3389/fphar.2018.00006Xin X, Wang H, Han L, Wang M, Fang H, Hao Y, et al. Singlecell analysis of the impact of host cell heterogeneity on infection with foot-and-mouth disease virus. J Virol. 2018; 92(9): e00179-18. doi: 10.1128/JVI.00179-18Xin X, Wang H, Han L, Wang M, Fang H, Hao Y, et al. Singlecell analysis of the impact of host cell heterogeneity on infection with foot-and-mouth disease virus. J Virol. 2018; 92(9): e00179-18. doi: 10.1128/JVI.00179-18Novoa RR, Calderita G, Arranz R, Fontana J, Granzow H, Risco C. Virus factories: Associations of cell organelles for viral replication and morphogenesis. Biol Cell. 2005; 97(2): 147-172. doi: 10.1042/BC20040058Novoa RR, Calderita G, Arranz R, Fontana J, Granzow H, Risco C. Virus factories: Associations of cell organelles for viral replication and morphogenesis. Biol Cell. 2005; 97(2): 147-172. doi: 10.1042/BC20040058Kochneva G, Sivolobova G, Tkacheva A, Grazhdantseva A, Troitskaya O, Nushtaeva A. Engineering of double recombinant vaccinia virus with enhanced oncolytic potential for solid tumor virotherapy. Oncotarget. 2016; 7(45): 74171-74188. doi: 10.18632/oncotarget.12367Kochneva G, Sivolobova G, Tkacheva A, Grazhdantseva A, Troitskaya O, Nushtaeva A. Engineering of double recombinant vaccinia virus with enhanced oncolytic potential for solid tumor virotherapy. Oncotarget. 2016; 7(45): 74171-74188. doi: 10.18632/oncotarget.12367Law AMK, Rodriguez de la Fuente L, Grundy TJ, Fang G, Valdes-Mora F, Gallego-Ortega D. Advancements in 3D cell culture systems for personalizing anti-cancer therapies. Front Oncol. 2021; 11: 782766. doi: 10.3389/fonc.2021.782766Law AMK, Rodriguez de la Fuente L, Grundy TJ, Fang G, Valdes-Mora F, Gallego-Ortega D. Advancements in 3D cell culture systems for personalizing anti-cancer therapies. Front Oncol. 2021; 11: 782766. doi: 10.3389/fonc.2021.782766Gjorevski N, Piotrowski AS, Varner VD, Nelson CM. Dynamic tensile forces drive collective cell migration through three-dimensional extracellular matrices. Sci Rep. 2015; 5: 11458. doi: 10.1038/srep11458Gjorevski N, Piotrowski AS, Varner VD, Nelson CM. Dynamic tensile forces drive collective cell migration through three-dimensional extracellular matrices. Sci Rep. 2015; 5: 11458. doi: 10.1038/srep11458Lancaster MA, Renner M, Martin CA, Wenzel D, Bicknell LS, Hurles ME, et al. Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Nature. 2013; 501(7467): 373-379. doi: 10.1038/nature12517Lancaster MA, Renner M, Martin CA, Wenzel D, Bicknell LS, Hurles ME, et al. Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Nature. 2013; 501(7467): 373-379. doi: 10.1038/nature12517Ogawa J, Pao GM, Shokhirev MN, Verma IM. Glioblastoma model using human cerebral organoids. Cell Rep. 2018; 23(4): 1220-1229. doi: 10.1016/j.celrep.2018.03.105Ogawa J, Pao GM, Shokhirev MN, Verma IM. Glioblastoma model using human cerebral organoids. Cell Rep. 2018; 23(4): 1220-1229. doi: 10.1016/j.celrep.2018.03.105

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