actabiomedicaActa Biomedica ScientificaActa Biomedica Scientifica2541-94202587-9596Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems10.29413/ABS.2024-9.2.4actabiomedica-4725Research ArticleДИСКУССИОННЫЕ СТАТЬИ, ЛЕКЦИИ, НОВЫЕ ТРЕНДЫ МЕДИЦИНСКОЙ НАУКИDISCUSSION PAPERS, LECTURES, NEW TRENDS IN MEDICAL SCIENCEСравнительный анализ влияния лекарственных препаратов, снижающих внутриглазное давление, на первичную культуру эпителия роговицы человека и иммортализованную клеточную линию А549Comparative analysis of the effect of drugs lowering intraocular pressure on a primary culture of human corneal epithelium and A549 immortalized cell linehttps://orcid.org/0000-0001-7198-4498ФисенкоН. В.FisenkoN. V.

Фисенко Наталья Владимировна – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник отдела патологии оптических сред глаза.

119021, Москва, ул. Россолимо, 11, корп. А, Б

Natalia V. Fisenko – Cand. Sc. (Med.), Senior Research Officer at the Department of Ocular Media Pathology.

Rossolimo str. 11A, B, Moscow 119021

natfisenko@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8258-6011СубботА. М.SubbotA. M.

Суббот Анастасия Михайловна – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий.

119021, Москва, ул. Россолимо, 11, корп. А, Б

Anastasia M. Subbot – Cand. Sc. (Med.), Senior Research Officer at the Laboratory of Cell Technologies.

Rossolimo str. 11A, B, Moscow 119021

kletkagb@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4043-456XЮсефЮсефYusefYusef

Юсеф Юсеф – доктор медицинских наук, директор, ФГБНУ «НИИГБ имени М.М. Краснова»; профессор кафедры глазных болез ней, ФГАОУ ВО «Первый МГМУ имени И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский Университет).

119021, Москва, ул. Россолимо, 11, корп. А, Б; 119991, Москва, ул. Трубецкая, 8, стр. 2

Yusef Yusef – Dr. Sc. (Med.), Director, M.M. Krasnov Research Institute of Eye Diseases; Professor at the Department of Eye Diseases, I.M. Sechenov FMSMU.

Rossolimo str. 11A, B, Moscow 119021; Trubetskaya str. 8, building 2, Moscow 119991

info@eyeacademy.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1056-4331ОсипянГ. А.OsipyanG. A.

Осипян Григорий Альбертович – доктор медицинских наук, заведующий отделом патологии оптических сред глаза.

119021, Москва, ул. Россолимо, 11, корп. А, Б

Grigory A. Osipyan – Dr. Sc. (Med.), Head of the Department of Ocular Media Pathology.

Rossolimo str. 11A, B, Moscow 119021

gregor79@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9322-6273ПановаА. Д.PanovaA. D.

Панова Анна Дмитриевна – лаборант-исследователь.

119021, Москва, ул. Россолимо, 11, корп. А, Б; 123098, Москва, ул. Гамалеи, 18

Anna D. Panova – Clinical Research Assistant, M.M. Krasnov RI of Eye Diseases; Junior Research Officer, The Gamaleya NC of Epidemiology and Microbiology.

Rossolimo str. 11A, B, Moscow 119021; Gamaleya str. 18, Moscow 123098

ainushgnomello@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0002-1834-9916АглямутдиновР. Р.AgliamutdinovR. R.

Аглямутдинов Рустем Рафикович – ординатор.

119021, Москва, ул. Россолимо, 11, корп. А, Б

Rustem R. Agliamutdinov – Medical Resident.

Rossolimo str. 11A, B, Moscow 119021

rustamzip@mail.ruФГБНУ «Научно-исследовательский институт глазных болезней имени М.М. Краснова»M.M. Krasnov Research Institute of Eye DiseasesФГБНУ «Научно-исследовательский институт глазных болезней имени М.М. Краснова»; ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский Университет)M.M. Krasnov Research Institute of Eye Diseases; I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)ФГБНУ «Научно-исследовательский институт глазных болезней имени М.М. Краснова»; ФГБУ «Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи» Минздрава РоссииM.M. Krasnov Research Institute of Eye Diseases; The Gamaleya National Center of Epidemiology and Microbiology202430052024923549Copyright © Фисенко Н.В., Суббот А.М., Юсеф Ю., Осипян Г.А., Панова А.Д., Аглямутдинов Р.Р., 20242024Фисенко Н.В., Суббот А.М., Юсеф Ю., Осипян Г.А., Панова А.Д., Аглямутдинов Р.Р.Fisenko N.V., Subbot A.M., Yusef Y., Osipyan G.A., Panova A.D., Agliamutdinov R.R.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/4725Обоснование

Обоснование. Глаукома как одно из наиболее распространённых глазных заболеваний может быть коморбидным состоянием эпителиального дефекта роговицы различной этиологии. Поддержание оптимального уровня офтальмотонуса включает в себя назначение гипотензивных лекарственных препаратов (ЛП), в том числе содержащих бензалкония хлорид (БХ).

Цель исследования

Цель исследования. Сравнить влияние гипотензивных лекарственных препаратов, а также бензалкония хлорида на первичную культуру эпителия роговицы человека и иммортализованую клеточную линию А549.

Методы

Методы. Влияние бримонидина, дорзоламида и тимолола (разведения 1/100, 1/50, 1/20, 1/10; экспозиция 24 ч) на монослой первичной культуры эпителия роговицы человека (ЭпК) и иммортализованной клеточной линии А549 оценивали по структурным изменениям клеток (фазово-контрастная микроскопия) и данным MTT-теста. Цитотоксический эффект БХ изучали в концентрациях, соответствующих его содержанию в этих разведениях ЛП. На модели линейного дефекта монослоя первичной культуры эпителия роговицы и иммортализованной клеточной линии А549 по миграционной активности клеток оценивали действие бримонидина, дорзоламида и тимолола (разведения 1/100, 1/20; экспозиция 48 ч).

Результаты

Результаты. Среди ЛП (без БХ) дорзоламид (разведения 1/50, 1/20, 1/10) приводит к незначительным структурным изменениям ЭпК и иммортализованных клеток линии А549, тимолол (разведения 1/100, 1/50, 1/20, 1/10) – к незначительным структурным изменениям иммортализованных клеток линии А549. Структурные изменения обоих типов клеток, снижение их метаболической и миграционной активности возникают под действием дорзоламида, бримонидина и тимолола (с БХ) в разведениях 1/100, 1/50, 1/20, 1/10. БХ в изученных концентрациях проявляет сходный эффект.

Заключение

Заключение. Цитотоксическое действие гипотензивных ЛП вызвано наличием БХ в их составе. Несмотря на сходные морфофункциональные изменения клеток, иммортализованная клеточная линия А549 более устойчива к воздействию ЛП, чем первичная культура эпителия роговицы человека. При использовании её как клеточной модели целесообразно изменение условий эксперимента (длительность экспозиции и концентрация исследуемого ЛП).

Background

Background. Glaucoma as one of the most common eye diseases can be a comorbid condition of an epithelial corneal defect of various etiologies. Maintaining an optimal level of ophthalmotonus includes the prescription of antiglaucoma drugs, including benzalkonium chloride-preserved drugs.

The aim of the study

The aim of the study. To compare the effect of antiglaucoma drugs, as well as benzalkonium chloride (BC), on a primary culture of human corneal epithelium and A549 immortalized cell line.

Methods

Methods. The effect of brimonidine, dorzolamide and timolol (1/100, 1/50, 1/20 and 1/10 dilutions; exposure 24 hours) on a monolayer of a human corneal epithelial primary culture and A549 immortalized cell line was assessed by structural changes in cells (phase-contrast microscopy) and MTT assay data. The cytotoxic effect of BC was studied in concentrations corresponding to its content in these dilutions of the antiglaucoma drug. Using a model of a linear defect in the monolayer of a corneal epithelial primary culture and A549 immortalized cell line, the effects of brimonidine, dorzolamide and timolol (1/100 and 1/20 dilutions; exposure 48 hours) were assessed by cell migration activity.

Results

Results. Among drugs (BC-free), dorzolamide (1/50, 1/20 and 1/10 dilutions) causes minor structural changes in human corneal epithelium and A549 immortalized cell line; timolol (1/100, 1/50, 1/20 and 1/10 dilutions) causes minor structural changes in A549 immortalized cell line. Structural changes in both types of cells, a decrease in their metabolic and migration activity occur under the influence of dorzolamide, brimonidine and timolol (BC-preserved) in 1/100, 1/50, 1/20 and 1/10 dilutions. BC at the studied concentrations exhibits a similar effect.

Conclusion

Conclusion. The cytotoxic effect of antiglaucoma drugs is caused by the presence of BC in their composition. Despite similar morphofunctional changes in cells, A549 immortalized cell line is more resistant to the effects of drugs than the human corneal epithelial primary culture. When using it as a cellular model, it is advisable to change the experimental conditions (duration of exposure and concentration of the studied drug).

бримонидиндорзоламидтимололбензалкония хлоридпервичная культура эпителия роговицыиммортализованная клеточная линия А549цитотоксичностьbrimonidinedorzolamidetimololbenzalkonium chloridecorneal epithelial primary cultureA549 immortalized cell linecytotoxicityReferencesLieto K, Skopek R, Lewicka A, Stelmasiak M, Klimaszewska E, Zelent A, Szymański Ł, et al. Looking into the eyes – in vitro models for ocular research. Int J Mol Sci. 2022; 23(16): 9158. doi: 10.3390/ijms23169158Lieto K, Skopek R, Lewicka A, Stelmasiak M, Klimaszewska E, Zelent A, Szymański Ł, et al. Looking into the eyes – in vitro models for ocular research. Int J Mol Sci. 2022; 23(16): 9158. doi: 10.3390/ijms23169158Алпеева Е.В., Сидоренкова А.Ф., Воротеляк Е.А. Экспериментальные клеточные системы: от органов в чашке Петри до «органов-на-чипах». Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2017; 72(4): 187-198.Alpeeva EV, Sidorenkova AF, Vorotelyak EA. Overview of cell models: From organs cultured in a Petri dish to “organs-on-chips”. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya. 2017; 72(4): 187-198. (In Russ.).Shafaie S, Hutter V, Cook MT, Brown MB, Chau DY. In vitro cell models for ophthalmic drug development applications. Biores Open Access. 2016; 5(1): 94-108. doi: 10.1089/biores.2016.0008Shafaie S, Hutter V, Cook MT, Brown MB, Chau DY. In vitro cell models for ophthalmic drug development applications. Biores Open Access. 2016; 5(1): 94-108. doi: 10.1089/biores.2016.0008Zhou T, Yuan Z, Weng J, Pei D, Du X, He C, et al. Challenges and advances in clinical applications of mesenchymal stromal cells. J Hematol Oncol. 2021; 14(1): 24. doi: 10.1186/s13045-021-01037-xZhou T, Yuan Z, Weng J, Pei D, Du X, He C, et al. Challenges and advances in clinical applications of mesenchymal stromal cells. J Hematol Oncol. 2021; 14(1): 24. doi: 10.1186/s13045-021-01037-xVoloshin N, Tyurin-Kuzmin P, Karagyaur M, Akopyan Z, Kulebyakin K. Practical use of immortalized cells in medicine: Current advances and future perspectives. Int J Mol Sci. 2023; 24(16): 12716. doi: 10.3390/ijms241612716Voloshin N, Tyurin-Kuzmin P, Karagyaur M, Akopyan Z, Kulebyakin K. Practical use of immortalized cells in medicine: Current advances and future perspectives. Int J Mol Sci. 2023; 24(16): 12716. doi: 10.3390/ijms241612716Maqsood MI, Matin MM, Bahrami AR, Ghasroldasht MM. Immortality of cell lines: Challenges and advantages of establishment. Cell Biol Int. 2013; 37(10): 1038-1045. doi: 10.1002/cbin.10137Maqsood MI, Matin MM, Bahrami AR, Ghasroldasht MM. Immortality of cell lines: Challenges and advantages of establishment. Cell Biol Int. 2013; 37(10): 1038-1045. doi: 10.1002/cbin.10137Zhao C. Cell culture: In vitro model system and a promising path to in vivo applications. J Histotechnol. 2023; 46(1): 1-4. doi: 10.1080/01478885.2023.2170772Zhao C. Cell culture: In vitro model system and a promising path to in vivo applications. J Histotechnol. 2023; 46(1): 1-4. doi: 10.1080/01478885.2023.2170772Wilson SL, Ahearne M, Hopkinson A. An overview of current techniques for ocular toxicity testing. Toxicology. 2015; 327: 32-46. doi: 10.1016/j.tox.2014.11.003Wilson SL, Ahearne M, Hopkinson A. An overview of current techniques for ocular toxicity testing. Toxicology. 2015; 327: 32-46. doi: 10.1016/j.tox.2014.11.003European Glaucoma Society terminology and guidelines for glaucoma; 5th ed. Br J Ophthalmol. 2021; 105(Suppl 1): 1-169. doi: 10.1136/bjophthalmol-2021-egsguidelinesEuropean Glaucoma Society terminology and guidelines for glaucoma; 5th ed. Br J Ophthalmol. 2021; 105(Suppl 1): 1-169. doi: 10.1136/bjophthalmol-2021-egsguidelinesAyaki M, Yaguchi S, Iwasawa A, Koide R. Cytotoxicity of ophthalmic solutions with and without preservatives to human corneal endothelial cells, epithelial cells and conjunctival epithelial cells. Clin Exp Ophthalmol. 2008; 36(6): 553-559. doi: 10.1111/j.14429071.2008.01803.xAyaki M, Yaguchi S, Iwasawa A, Koide R. Cytotoxicity of ophthalmic solutions with and without preservatives to human corneal endothelial cells, epithelial cells and conjunctival epithelial cells. Clin Exp Ophthalmol. 2008; 36(6): 553-559. doi: 10.1111/j.14429071.2008.01803.xAyaki M, Iwasawa A, Inoue Y. Toxicity of antiglaucoma drugs with and without benzalkonium chloride to cultured human corneal endothelial cells. Clin Ophthalmol. 2010; 4: 1217-1222. doi: 10.2147/OPTH.S13708Ayaki M, Iwasawa A, Inoue Y. Toxicity of antiglaucoma drugs with and without benzalkonium chloride to cultured human corneal endothelial cells. Clin Ophthalmol. 2010; 4: 1217-1222. doi: 10.2147/OPTH.S13708Yuan XL, Wen Q, Zhang MY, Fan TJ. Cytotoxicity of pilocarpine to human corneal stromal cells and its underlying cytotoxic mechanisms. Int J Ophthalmol. 2016; 9(4): 505-511. doi: 10.18240/ijo.2016.04.05Yuan XL, Wen Q, Zhang MY, Fan TJ. Cytotoxicity of pilocarpine to human corneal stromal cells and its underlying cytotoxic mechanisms. Int J Ophthalmol. 2016; 9(4): 505-511. doi: 10.18240/ijo.2016.04.05Rönkkö S, Vellonen KS, Järvinen K, Toropainen E, Urtti A. Human corneal cell culture models for drug toxicity studies. Drug Deliv Transl Res. 2016; 6(6): 660-675. doi: 10.1007/s13346-0160330-yRönkkö S, Vellonen KS, Järvinen K, Toropainen E, Urtti A. Human corneal cell culture models for drug toxicity studies. Drug Deliv Transl Res. 2016; 6(6): 660-675. doi: 10.1007/s13346-0160330-yDurairaj C. Ocular pharmacokinetics. Handb Exp Pharmacol. 2017; 242: 31-55. doi: 10.1007/164_2016_32Durairaj C. Ocular pharmacokinetics. Handb Exp Pharmacol. 2017; 242: 31-55. doi: 10.1007/164_2016_32Tabak S, Schreiber-Avissar S, Beit-Yannai E. Influence of anti-glaucoma drugs on uptake of extracellular vesicles by trabecular meshwork cells. Int J Nanomedicine. 2021; 16: 10671081. doi: 10.2147/IJN.S283164Tabak S, Schreiber-Avissar S, Beit-Yannai E. Influence of anti-glaucoma drugs on uptake of extracellular vesicles by trabecular meshwork cells. Int J Nanomedicine. 2021; 16: 10671081. doi: 10.2147/IJN.S283164Kucukoduk A, Durmus IM, Aksoy M, Karakurt S. Cytotoxic, apoptotic, and oxidative effects of preserved and preservative-free brimonidine in a corneal epithelial cell line. J Ocul Pharmacol Ther. 2022; 38(8): 576-583. doi: 10.1089/jop.2022.0053Kucukoduk A, Durmus IM, Aksoy M, Karakurt S. Cytotoxic, apoptotic, and oxidative effects of preserved and preservative-free brimonidine in a corneal epithelial cell line. J Ocul Pharmacol Ther. 2022; 38(8): 576-583. doi: 10.1089/jop.2022.0053Pozarowska D, Pozarowski P, Darzynkiewicz Z. Cytometric assessment of cytostatic and cytotoxic effects of topical glaucoma medications on human epithelial corneal line cells. Cytometry B Clin Cytom. 2010; 78(2): 130-137. doi: 10.1002/cyto.b.20493Pozarowska D, Pozarowski P, Darzynkiewicz Z. Cytometric assessment of cytostatic and cytotoxic effects of topical glaucoma medications on human epithelial corneal line cells. Cytometry B Clin Cytom. 2010; 78(2): 130-137. doi: 10.1002/cyto.b.20493Sidorova M, Petrikaitė V. The effect of beta adrenoreceptor blockers on viability and cell colony formation of non-small cell lung cancer cell lines A549 and H1299. Molecules. 2022; 27(6): 1938. doi: 10.3390/molecules27061938Sidorova M, Petrikaitė V. The effect of beta adrenoreceptor blockers on viability and cell colony formation of non-small cell lung cancer cell lines A549 and H1299. Molecules. 2022; 27(6): 1938. doi: 10.3390/molecules27061938Абышева Л.Д., Авдеев Р.В., Александров А.С., Арапиев М.У., Бакунина Н.А., Баранова Н.А., и др. Влияние местной гипотензивной терапии глаукомы на развитие и прогрессирование синдрома «сухого глаза». РМЖ. Клиническая офтальмология. 2017; 17(2): 74-82. doi: 10.21689/2311-7729-2017-17-2-74-82Abysheva LD, Avdeev RV, Alexandrov AS, Arapiev MU, Bakunina NA, Baranova NA, et al. Influence of local hypotensive glaucoma therapy on the development and progression of dry eye syndrome. RMJ. Clinical Ophthalmology. 2017; 17(2): 74-82. (In Russ.). doi: 10.21689/2311-7729-2017-17-2-74-82Goldstein MH, Silva FQ, Blender N, Tran T, Vantipalli S. Ocular benzalkonium chloride exposure: Problems and solutions. Eye (Lond). 2022; 36(2): 361-368. doi: 10.1038/s41433-021-01668-xGoldstein MH, Silva FQ, Blender N, Tran T, Vantipalli S. Ocular benzalkonium chloride exposure: Problems and solutions. Eye (Lond). 2022; 36(2): 361-368. doi: 10.1038/s41433-021-01668-xAmmar DA, Noecker RJ, Kahook MY. Effects of benzalkonium chloride-preserved, polyquad-preserved, and sofZia-preserved topical glaucoma medications on human ocular epithelial cells. Adv Ther. 2010; 27(11): 837-845. doi: doi:10.1007/s12325-010-0070-1Ammar DA, Noecker RJ, Kahook MY. Effects of benzalkonium chloride-preserved, polyquad-preserved, and sofZia-preserved topical glaucoma medications on human ocular epithelial cells. Adv Ther. 2010; 27(11): 837-845. doi: doi:10.1007/s12325-010-0070-1Epstein SP, Ahdoot M, Marcus E, Asbell PA. Comparative toxicity of preservatives on immortalized corneal and conjunctival epithelial cells. J Ocul Pharmacol Ther. 2009; 25(2): 113-119. doi: 10.1089/jop.2008.0098Epstein SP, Ahdoot M, Marcus E, Asbell PA. Comparative toxicity of preservatives on immortalized corneal and conjunctival epithelial cells. J Ocul Pharmacol Ther. 2009; 25(2): 113-119. doi: 10.1089/jop.2008.0098Meloni M, Cattaneo G, De Servi B. Corneal epithelial toxicity of antiglaucoma formulations: In vitro study of repeated applications. Clin Ophthalmol. 2012; 6: 1433-1440. doi: 10.2147/OPTH.S35057Meloni M, Cattaneo G, De Servi B. Corneal epithelial toxicity of antiglaucoma formulations: In vitro study of repeated applications. Clin Ophthalmol. 2012; 6: 1433-1440. doi: 10.2147/OPTH.S35057Liang H, Baudouin C, Daull P, Garrigue JS, Brignole-Baudouin F. In vitro corneal and conjunctival wound-healing assays as a tool for antiglaucoma prostaglandin formulation characterization. Front Biosci (Landmark Ed). 2022; 27(5): 147. doi: 10.31083/j.fbl2705147Liang H, Baudouin C, Daull P, Garrigue JS, Brignole-Baudouin F. In vitro corneal and conjunctival wound-healing assays as a tool for antiglaucoma prostaglandin formulation characterization. Front Biosci (Landmark Ed). 2022; 27(5): 147. doi: 10.31083/j.fbl2705147

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