التأثير السمي والمناعي لبعض مكونات العكبر المحلي المنقّاة جزئيًا على خط خلايا سرطان الرئة البشري A549

اطروحة دكتوراه

اسم الباحث : علي نصير زبيدي البلداوي

اسم المشرف : أ.م.د. هيام عبد الرضا كريم العواد

الكلمات المفتاحية :

الكلية : كلية التربية للعلوم الصرفة

الاختصاص : علوم الحياة/علم الحيوان

سنة نشر البحث : 2023

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

هدفت الدراسة إلى معرفة التأثيرات السمية والمناعية للمركبات الفعالة المعزولة من العكبر العراقيIraqi Propolis والتي تضمنت، Caffeic acid (CA) وCaffeic acid phenethyl ester (CAPE) و Chrysin (CHR)على خط خلايا سرطان الرئة البشري A549، ومقارنة تأثير هذه المركبات مع عقار السيسبلاتين Cisplatin، وهو عقار كيميائي يستخدم في علاج عدة أنواع من امراض السرطان، حيث استخدم خط خلايا سرطان الرئة البشري A549 كنموذج لإجراء الاختبارات المطلوبة والتي شملت محورين، المحور الأول هو تقييم النشاط المضاد للورمAnti-tumor للمركبات الفعالة المعزولة من العكبر خلال فحص السمية الخلوية Cytotoxicity لكل مركب فعال على خط خلايا A549 ومقارنته مع عقار Cisplatin، أمَّا المحور الثاني فتمثل بمعرفة النشاط المُعدّل للمناعة Immunomodulatory activity عن طريق قياس نسبة مستوى التعبير عن بعض المعايير المناعية المتمثلة بـ Programmed death-ligand 1 (PDL-1) وCluster of differentiation 24 (CD24) وC-X-C chemokine receptor type 4 (CXCR4) على خط خلايا A549 قبل وبعد المعاملة بالمركبات الفعالة والعلاج الكيميائي. أجريت اختبارات الدراسة الحالية في مختبرات قسم علوم الحياة في كلية التربية للعلوم الصرفة / جامعة كربلاء، ومختبرات دائرة البيئة والمياه في وزارة العلوم والتكنلوجيا ومختبر الشركة العراقية للتقنيات الاحيائية ومختبر العراق التخصصي في محافظة بغداد للفترة الممتدة من بداية شهر نيسان 2022 إلى بداية شهر تشرين الثاني 2022.
تم الكشف عن المركبات الفعالة في المستخلص الايثانولي للعكبر عن طريق استخدام تقنية كروماتوغرافيا السوائل عالية الأداء High-performance liquid chromatography، ثم جمعت بشكل فردي باستخدام جهاز Fraction Collector المربوط بجهاز (HPLC)، وكشفت النتائج أن المركب الفعال (CA) هو المركب الأكثر تركيزاً في المستخلص، إذ كان تركيزه (69.58) mg/g، في حين بلغت التراكيز (48.97 و33.69) mg/g لكل من المركبين (CAPE وCHR) على التوالي.
تم الكشف عن التأثيرات السمية الخلوية Cytotoxicity لكل من السيسبلاتين والمركبات الفعالة المعزولة من العكبر على خلايا A549 من خلال استخدام فحص 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide (MTT)، وهو اختبار يستخدم في الزراعة الخلوية Cell culture، حيث تم تعريض الخلايا السرطانية لستة تراكيز مختلفة لكل مركب من المركبات المدروسة وهي (1000, 500, 250, 125, 62.5, 31.25) μg/mL، ولمدة (48) ساعة، وبينت النتائج وجود تأثيرات سمية خلوية لعلاج السيسبلاتين والمركبات الفعالة على خط خلايا A549، إذ لوحظ انخفاض كبير في عدد الخلايا السرطانية مع زيادة نسبة المئوية لمعدل التثبيط (Inhibition rate) بزيادة التركيز، حيث وصل أعلى تثبيط عند التركيز (1000) μg/mL عند المعاملة بعقار السيسبلاتين والمركبات الفعالة المستخلصة من العكبر، وبالمقارنة مع السيسبلاتين وباقي المركبات، فقد امتلك المركب (CA) أعلى نسبة تثبيط على خط خلايا سرطان الرئة عند التركيز (1000( μg/mL، حيث كانت (%76.300)، في حين كانت قيم النسب (%70.400 و%62.500 و%67.100) في (CIS وCAPE و(CHR على التوالي، كما كشفت النتائج عن وجود فروق معنوية (P ≤ 0.05) في التراكيز الستة لكل من للسيسبلاتين والمركب الفعال (CAPE) عند مقارنتها مع خلايا السيطرة Control، وكانت هنالك فروق معنوية (P ≤ 0.05) في التراكيز (1000, 500, 250, 125, 62.5) μg/mL للمركبين (CA و(CHR مع خلايا السيطرة Control، في حين لم تكن هنالك فروق معنوية (P > 0.05) في التركيز (31.2) μg/mL وخلايا السيطرة Control، كما أظهرت النتائج ان سمية عقار السيسبلاتين كانت أعلى من سمية المركبات الفعالة على خط خلايا A549 باستخدام التركيز المثبط لنصف عدد الخلايا (IC50)، إذ بلغ (43.75) μg/mL في علاج السيسبلاتين، بينما كانت قيم (IC50) (157.6 و249.3 و258.9) μg/mL في المركبات الفعالة المستخلصة من العكبر (CA وCAPE وCHR) على التوالي، ومن الجدير بالذكر كلما قل تركيز المركب المثبط لنصف عدد الخلايا (IC50) كانت سميته الخلوية أعلى والعكس صحيح.
قُدّرت قيم مستويات التعبير عن المعايير المناعية (PDL-1 وCD24 وCXCR4) على خط خلايا A549 باستخدام تقنية التدفق الخلوي Flow cytometry، حيث عوملت الخلايا السرطانية المزروعة في المختبر in vitro بالتركيز المثبط لنصف عدد الخلايا (IC50) لكل من السيسبلاتين والمركبات الفعالة المعزولة من العكبر لمدة (24) ساعة من التعرض، واظهرت النتائج ان مستويات التعبير عن (PDL-1 وCD24 وCXCR4) قد ارتفعت في خط خلايا A549 بعد معاملتها بتركيز (IC50) لعلاج السيسبلاتين، حيث بينت النتائج وجود فروق معنوية (P ≤ 0.05) في مستوى التعبير عن (PDL-1) في خلايا A549 المعاملة بعقار السيسبلاتين مقارنةً مع خلايا السيطرة Control، في حين بينت النتائج عدم وجود فروق معنوية (P > 0.05) في مستويات التعبير عن (CD24 وCXCR4)، مقارنة مع خلايا السيطرة Control، كما أوضحت النتائج وجود انخفاض كبير في مستويات التعبير عن (PDL-1 وCD24 وCXCR4) على خط خلايا A549 المعاملة بالتراكيز (IC50) للمركبين الفعالين (CA وCAPE)، إذ بينت النتائج وجود فروق معنوية (P ≤ 0.05) في التعبير عن البروتينات المناعية (PDL-1 وCD24 وCXCR4) على خط خلايا A549 المعاملة بالمركبين المذكورين مقارنة مع خلايا السيطرة Control، في حين كانت مستويات التعبير عن (PDL-1 وCD24 وCXCR4) في خلايا A549 المعاملة بالمركب (CHR) مرتفعة مقارنةً مع المركبين الاخرين للعكبر، إذ أظهرت النتائج وجود فروق معنوية (P ≤ 0.05) في مستوى التعبير عن (PDL-1) في خلايا A549 المعاملة بالمركب (CHR) مقارنةً مع خلايا السيطرة، بينما لم يكن هنالك فروق معنوية (P > 0.05) في مستويات التعبير عن (CD24 وCXCR4).
نستنتج مما تقدم أنَّ المركبات الفعالة المعزولة من العكبر (CA وCAPE وCHR) كان لها تأثيرات سمية خلوية ضد خلايا سرطان الرئة البشري A549 بتراكيز مختلفة وأنَّ التركيز (1000( μg/mL كان التركيز الأكثر فعالية للسمية الخلوية ضد خط خلايا سرطان الرئة البشري A549، بالإضافة إلى ذلك، كان للمركبات الفعالة المستخلصة من العكبر تأثيرات على انخفاض وارتفاع مستويات التعبير في بعض المعايير المناعية (PDL-1 وCD24 وCXCR4) على خط خلايا A549، وبالتالي يمكن تطوير هذه المركبات لإمكانية استخدامها كعلاجات طبية مساعدة للسيسبلاتين ضد أنواع مختلفة من مرض السرطان وخاصةً سرطان الرئة.

Cytotoxic and immunological effect of some partially purified constituents of local propolis in human lung cancer cell line A549

Summary
The current study aimed to know the anti-human lung cancer effects of three active compounds isolated from Iraqi propolis, which include, Caffeic acid (CA), Caffeic acid phenethyl ester (CAPE) and Chrysin (CHR) and to compare the effect of these compounds with cisplatin, which is a chemotherapy used in the treatment of several types of cancer. The required tests, which encompassed two targets, were carried out using the human lung cancer cell line A549, the first target assesses the anti-tumor activity by examining the cytotoxicity of each active compound on the A549 cell line, and its effects are compared with those of cisplatin treatment, the second target, it was represented by knowing the immunomodulation activity of these compounds by evaluating the expression levels of some immunological parameters which including, Programmed death-ligand-1 (PDL-1), Cluster of differentiation-24 (CD24) and C-X-C chemokine receptor type 4 (CXCR4) on A549 cell line before and after treatment with active compounds and chemotherapy. The current study was conducted in the laboratories of the Biology Department at the College of Education Pure Sciences / University of Kerbala, the laboratories of the Department of Environment and Water in the Ministry of Science and Technology, the laboratory of the Iraqi Biotechnology Company, and the Iraq Specialized Laboratory in Baghdad Governorate for the period extending from the beginning of April 2022 to the beginning of November 2022.
The active compounds were identified in the ethanolic propolis extract using the High performance liquid chromatography technique (HPLC), and they were then separately collected using the Fraction Collector bound by the HPLC. According to the findings, the concentration of the compound (CA) in the extract is the highest, at (69.58) mg/g, compared to the concentrations of the other two compounds (CAPE and CHR), which are (48.97, 33.69) mg/g, respectively.
The cytotoxic effects of cisplatin and the extracted active compounds from propolis on A549 cells were evaluated using the cell culture test MTT assay. Cancer cells were then exposed to six different concentrations of each of the investigated compounds, which are (1000, 500, 250, 125, 62.5, 31.25) μg/ml, for a duration of (48) hours. The results demonstrated that the treatment of the A549 cell line with cisplatin and the active compounds had cytotoxic effects, in which the results showed a reduction in the number of cancer cells, thus the rate of inhibition increases as the concentration increases, in which the highest inhibition occurring at concentration (1000) μg/ml for both cisplatin and the active compounds, and When compared to cisplatin and other compounds, CA had the highest inhibition rate on A549 cell line at a concentration of (1000) μg/ml, where it was (76.300%), while the ratio values in (CIS, CAPE, and CHR) were (70.400%, 62.500%, and 67.100%) respectively, the results also revealed a significant differences (P ≤ 0.05) in the six concentrations of both cisplatin and (CAPE) when compared with the control cells, and there was a significant differences (P ≤ 0.05) in five concentrations ((1000, 500, 250, 125, 62.5) µg/ml for the two compounds (CA and CHR) compared with the control cells, While there were no significant differences (P > 0.05) in the concentration (31.2) µg/ml and control cells, and the findings also showed that the toxicity of cisplatin was higher than the toxicity of the active compounds on A549 cell line using (IC50) concentration, as it reached (43.75) µg/ml in cisplatin, while it was (157.6, 249.3, and 258.9) µg/ml in (CA, CAPE, and CHR), respectively, it is important to note that cytotoxicity increases with decreasing (IC50), and vice versa.
In order to estimate the expression levels of immunological parameters (PDL-1, CD24, and CXCR4) on the A549 cell line, the tumor cells were cultured in the lab and exposed to the (IC50) concentration of each of cisplatin and active compounds isolated from propolis for a period (24) hours. The results demonstrated that following treatment with the concentration (IC50) for cisplatin therapy, the expression levels of (PDL-1, CD24, and CXCR4) were elevated in the A549 cell line, the results showed that there was a significant difference (P ≤ 0.05) in the expression level of (PDL-1) in A549 cells treated with cisplatin compared with control cells, while there was no significant difference (P > 0.05) in the expression levels of (CD24 and CXCR4), compared with control cells. The results also showed decrease in the expression levels of (PDL-1, CD24, and CXCR4) on the A549 cell line treated with (IC50) concentrations of the two active compounds (CA and CAPE), in which the results demonstrated that there was a significant differences (P ≤ 0.05) in the expression of (PDL-1, CD24 and CXCR4) on the A549 cell line treated with the two mentioned compounds, compared with the control cells, but the expression levels of (PDL-1, CD24 and CXCR4) in A549 cells treated with (CHR) were high compared with the other two compounds of propolis, and in comparison to control cells, the (PDL-1) expression level in A549 cells treated with the (CHR) it was a significant differences (P ≤ 0.05), but (CD24 and CXCR4) expression levels there was no significant differences (P > 0.05).
The aforementioned information leads us to the conclusion that the active compounds identified from propolis (CA, CAPE, and CHR) have cytotoxic effects against A549 human lung cancer cell line at various doses, with (1000) µg/ml being the most effective concentration. Additionally, the compounds had an impact on the (PDL-1, CD24, and CXCR4) expression levels on the A549 cell line, which were both decreased and increased, as a result, these compounds can be developed in the hopes that they will one day be used in conjunction with cisplatin to treat various cancers, including lung cancer.