Сравнительный анализ влияния лекарственных препаратов, снижающих внутриглазное давление, на первичную культуру эпителия роговицы человека и иммортализованную клеточную линию А549

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

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. 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. 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).

1. Lieto 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/ijms23169158

2. Алпеева 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.

3. 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.2016.0008

4. Zhou 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-x

5. Voloshin 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/ijms241612716

6. Maqsood 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.10137

7. Zhao C. Cell culture: In vitro model system and a promising path to in vivo applications. J Histotechnol. 2023; 46(1): 1-4. doi: 10.1080/01478885.2023.2170772

8. Wilson SL, Ahearne M, Hopkinson A. An overview of current techniques for ocular toxicity testing. Toxicology. 2015; 327: 32-46. doi: 10.1016/j.tox.2014.11.003

9. European Glaucoma Society terminology and guidelines for glaucoma; 5th ed. Br J Ophthalmol. 2021; 105(Suppl 1): 1-169. doi: 10.1136/bjophthalmol-2021-egsguidelines

10. Ayaki 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.x

11. Ayaki 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.S13708

12. Yuan 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.2016.04.05

13. Rönkkö 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-y

14. Durairaj C. Ocular pharmacokinetics. Handb Exp Pharmacol. 2017; 242: 31-55. doi: 10.1007/164_2016_32

15. Tabak 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.S283164

16. Kucukoduk 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.2022.0053

17. Pozarowska 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.20493

18. Sidorova 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/molecules27061938

19. Абышева 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: 10.21689/2311-7729-2017-17-2-74-82

20. Goldstein 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-x

21. Ammar 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/s12325-010-0070-1

22. Epstein 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.2008.0098

23. Meloni 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.S35057

24. Liang 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