CORRECTION OF PROOXIDANT-ANTIOXIDANT IMBALANCE IN DOXORUBICIN-INDUCED CARDIOMYOPATHY USING CELL- FREE CRYOPRESERVED BIOLOGICAL AGENTS
DOI:
https://doi.org/10.32689/2663-0672-2025-3-5Keywords:
anthracycline cardiomyopathy, doxorubicin, oxidative stress, antioxidant system, lipid peroxidation, superoxide dismutase, catalase, glutathione peroxidase, glutathione, heart cryoextract, spleen cryoextract, mesenchymal stem cell-conditioned medium, cell-free cryopreserved biological agents, carvedilol, cardioprotectionAbstract
Introduction. Anthracycline cytostatic drugs, particularly doxorubicin, remain an integral component of modern anticancer treatment regimens; however, their prolonged use is associated with a high risk of heart failure due to pronounced cardiotoxicity. The main mechanism of myocardial injury is excessive generation of reactive oxygen species, enhancement of lipid peroxidation processes, and depletion of enzymatic antioxidant systems. Effective means of complex prevention of such damage are lacking. Promising approaches include cell-free cryopreserved biological agents capable of restoring redox balance, stabilizing cardiomyocyte membranes, and stimulating reparative processes, which substantiates the relevance of their comparative study under conditions of doxorubicin-induced cardiomyopathy. The aim of the study – to evaluate the ability of heart cryoextract, spleen cryoextract, and mesenchymal stem cell-conditioned medium to restore the prooxidant–antioxidant balance in rats with doxorubicin-induced cardiomyopathy. Materials and methods. The study was conducted on male rats with an experimentally reproduced model of chronic doxorubicin-induced cardiomyopathy. Animals were divided into six groups: intact, untreated control, and those treated with carvedilol, heart cryoextract, spleen cryoextract, or mesenchymal stem cell-conditioned medium. The agents were administered in standardized therapeutic-preventive regimens. The levels of thiobarbituric acid-reactive substances, catalase, superoxide dismutase, and glutathione peroxidase activity, as well as reduced glutathione concentration, were determined. The antioxidant–prooxidant index was calculated. Statistical analysis included verification of normality and homogeneity of variance. Research results and their discussion. In rats with doxorubicin-induced cardiomyopathy, a marked increase in lipid peroxidation products was observed, along with a decrease in the activity of superoxide dismutase, catalase, and glutathione peroxidase, and a reduction in reduced glutathione concentration. These findings indicate severe oxidative stress and depletion of the cardiac antioxidant reserve. Carvedilol and heart cryoextract reduced lipid peroxidation intensity and partially restored enzymatic activity. Spleen cryoextract showed weaker corrective properties. The most pronounced effect was observed in animals treated with mesenchymal stem cell-conditioned medium: lipid peroxidation products decreased, while the activity of antioxidant enzymes and glutathione content were restored to near-normal levels. The antioxidant–prooxidant index significantly increased, indicating normalization of redox homeostasis. The obtained results confirm the complex antioxidant and membrane-stabilizing effects of cell-free cryopreserved biological agents. Conclusions. Cell-free cryopreserved biological agents effectively reduce oxidative stress intensity in doxorubicin-induced cardiomyopathy. The highest efficacy was demonstrated by mesenchymal stem cell-conditioned medium, which normalized the prooxidant–antioxidant balance, the activity of antioxidant enzymes, and glutathione levels. Heart cryoextract exhibited moderate effects, while spleen cryoextract showed weaker action. The results confirm the prospects for further research of these biological agents to develop novel cardioprotective preparations.
References
Беспалова І. Г. Пептидний склад та біологічна дія екстрактів кріоконсервованих фрагментів селезінки свиней та шкіри поросят: дис. ... канд. біол. наук: 03.00.19 – Кріобіологія. Харків, 2016. 162 с. URL: https://nrat.ukrintei.ua/searchdoc/0416U004539/
Бизов В. В. Одержання екстракту з кріоконсервованих фрагментів ксеноселезінки та його застосування при абсцесах легенів: дис. ... канд. мед. наук: 14.01.35 – Кріомедицина. Харків, 2002. 147 с. URL: https://nrat.ukrintei.ua/searchdoc/0402U002111/
Гальченко С. Є. Кріоконсервування фрагментів органів ссавців і біологічна дія одержаних з них водно-сольових екстрактів: дис. ... д-ра біол. наук: 03.00.19 – Кріобіологія. Харків, 2007. 277 с. URL: https://nrat.ukrintei.ua/searchdoc/0507U000372/
Гальченко С. Є., Шкодовська Н. Ю., Сандомирський Б. П., Грищенко В. І. Патент України № 64381. Спосіб отримання екстрактів ксеногенних органів. № заявки 2003054649. Заявлено 22.05.2003; Опубл. 16.02.2004. Бюл. № 2.
Гладких Ф. В. Оцінка впливу кондиціонованого середовища мезенхімальних стовбурових клітин та кріоекстрактів біологічних тканин на прояви цитолітичного синдрому при експериментальному аутоімунному гепатиті. Одеський медичний журнал. 2024. Т. 6, № 191. С. 45–50. DOI: https://doi.org/10.32782/2226-2008-2024-6-8
Гладких Ф. В. Характеристика впливу безклітинних кріоконсервованих біологічних засобів на антиоксидантно-прооксидантний гомеостаз у тканинах серця на моделі аутоімунного міокардиту. Health & Education. 2024. Т. 2. С. 23–30. DOI: https://doi.org/10.32782/health-2024.2.4
Гладких Ф. В., Лядова Т. І., Коморовський Р. Р., Чиж М. О. Ультразвукова характеристика функціональних змін міокарда при застосуванні кондиціонованого середовища мезенхімальних стовбурових клітин на моделі аутоімунного міокардиту. Український кардіологічний журнал. 2024. Т. 31, № 6. С. 35–46. DOI: https://doi.org/10.31928/2664-4479- 2024.6.3546
Гладких Ф. В., Лядова Т. І., Чиж М. О., Коморовський Р. Р., Бабаєва Г. Г., Матвєєнко М. С. Кардіоселективність кріобіотехнологічних засобів у терапії серцево-судинних захворювань. Монографія. Вінниця: Твори, 2025. 384 с. DOI: https://doi.org/10.46879/2025.4
Гладких Ф. В., Лядова Т. І., Чиж М. О., Матвєєнко М. С., Коморовський Р. Р. Ехокардіографічна оцінка впливу кріоекстрактів плаценти та селезінки на функціональний стан міокарда при експериментальному аутоімунному міокардиті. Здоров’я суспільства. 2024. Т. 14, № 2. С. 16–24. DOI: https://doi.org/10.32782/2306-2436.14.2.2024.314
Гладких Ф. В., Лядова Т. І., Чиж М. О., Матвєєнко М. С., Коморовський Р. Р. Порівняльна характеристика морфофункціонального стану серця при застосуванні кріоекстракту плаценти та кріоекстракту селезінки на моделі аутоімунного міокардиту за даними ультразвукового дослідження. Сучасна медицина, фармація та психологічне здоров’я. 2024. Т. 4 (18). С. 27–36. DOI: https://doi.org/10.32689/2663-0672-2024-4-4
Гладких Ф. В., Чиж М. О., Кошурба І. В., Бєлочкіна І. В., Коморовський Р. Р., Марченко М. М., Кошурба Ю. В. Антрациклінові ушкодження серця та вплив кріоекстракту плаценти на стан міокарда при доксорубіциновій кардіоміопатії. Український радіологічний та онкологічний журнал. 2023. Т. 31, № 2. С. 190–205. DOI: https://doi.org/10.46879/ ukroj.2.2023.190-205
Глоба В. Ю. Застосування кріоконсервованих культур клітин та нейротрофічних факторів при експериментальній інфравезікальній обструкції: дис. ... PhD: 222 – Медицина. Харків, 2021. 156 с. URL: https://nrat.ukrintei.ua/searchdoc/0821U100913/
Закон України № 3447-IV «Про захист тварин від жорстокого поводження» (зі змінами). Відомості Верховної Ради України. 2006. № 27. С. 230. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/3447-15#Text.
Ракетська О. О., Чекман І. С., Горчакова Н. С., Бєленічев І. Ф. Вплив яктону та мексикору на показники енергетичного обміну у міокарді щурів в умовах доксорубіцинової кардіоміопатії. Вісник проблем біології та медицини. 2015. Т. 2, № 3. С. 214–217.
Резніков О. Г. Загальні етичні принципи експериментів на тваринах. Перший національний конгрес з біоетики. Ендокринологія. 2003. Т. 8, № 1. С. 142–145.
Степанюк Г. І., Іванова Е. Г., Іванова Н. І. Вплив вінборону на розвиток оксидативного стресу при експериментальній доксорубіциновій кардіоміопатії за динамікою біохімічних показників. Фармакологія та лікарська токсикологія. 2010. Т. 4, № 17. С. 56–59.
Степанюк Г. І., Сокирко М. В., Степанюк Н. Г., Гладких Ф. В., Короткий Ю. В. Оцінка кардіопротекторної дії 1-(1-адамантил-1-етокси)-3-(N-метилморфоліній)-2-пропанол йодиду (ЮК-76) в умовах експериментального адреналінового ушкодження міокарда. Одеський медичний журнал. 2016. № 6 (158). С. 26–32. DOI: https://doi.org/10.5281/ zenodo.7907521
Стефанов О. В., ред. Доклінічні дослідження лікарських засобів. Методичні рекомендації. Київ: Авіцена, 2001. 527 с. URL: https://pubmed.com.ua/xmlui/handle/123456789/77
Чиж М. О., Бєлочкіна І. В., Глоба В. Ю., Слєта І. В., Михайлова І. П., Гладких Ф. В. Ультразвукове дослідження серця щурів після експериментального ураження епінефрином та застосування ксеноекстракту серця. Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія Медицина. 2024. Т. 32, № 2 (49). С. 185–197. DOI: https://doi.org/ 10.26565/2313-6693-2024-49-06
Чиж М. О., Гальченко С. Є., Гладких Ф. В., Бизов В. В., Рогоза Л. А., Бєлочкіна І. В., Слєта І. В. Безклітинні кріоконсервовані біологічні засоби: технологія отримання та визначення складу. Монографія. Вінниця: Твори, 2024. 264 с. DOI: https://doi.org/10.46879/2024.1
Чиж М. О., Гальченко С. Є., Гладких Ф. В., Лядова Т. І., Бизов В. В., Рогоза Л. А., Беспалова І. Г., Бєлочкіна І. В., Слєта І. В., Матвєєнко М. С., Кошурба І. В., Глоба В. Ю. Метаболічні, регенеративні та імунологічні властивості водно-сольових екстрактів кріоконсервованих тканин. Монографія. Вінниця: Твори, 2025. 296 с. DOI: https://doi.org/10.46879/2025.5
Чиж М. О., Гладких Ф. В., Лядова Т. І., Матвєєнко М. С., Коморовський Р. Р. Кріоекстракт серця як модулятор глікогенолізу в умовах експериментальної міокардіодистрофії. Східноукраїнський медичний журнал. 2025. Т. 13, № 3. С. 712–722. DOI: https://doi.org/10.21272/eumj.2025;13(3):712-722
Чиж М. О., Гладких Ф. В., Лядова Т. І., Матвєєнко М. С., Коморовський Р. Р. Метаболічні зміни в міокарді під час ураження, викликаного адреналіном, та вплив кріоекстракту серця на метаболізм лактату-пірувату. Український журнал серцево-судинної хірургії. 2025. Т. 33, № 2. С. 53–61. DOI: https://doi.org/10.63181/ujcvs.2025.33(2).53-61
Чиж М. О., Матвєєнко М. С., Гладких Ф. В., Лядова Т. І., Коморовський Р. Р., Козлова Т. В. Оцінка кардіопротекторної активності кріоекстракту серця на моделі адреналінової міокардіодистрофії за показниками вільнорадикального окиснення. The Journal of V. N. Karazin Kharkiv National University. Series Medicine. 2025. Вип. 33, № 2 (53). С. 178–193. DOI: https://doi.org/10.26565/2313-6693-2025-53-02
Afonso A. I., Amaro-Leal A., Machado F., Rocha I., Geraldes V. Doxorubicin dose-dependent impact on physiological balance – a holistic approach in a rat model. Biology (Basel). 2023. Vol. 12, № 7. P. 1031. DOI: https://doi.org/10.3390/biology12071031
Alanazi A. M., Fadda L., Alhusaini A., Ahmad R., Hasan I. H., Mahmoud A. M. Liposomal resveratrol and/or carvedilol attenuate doxorubicin-induced cardiotoxicity by modulating inflammation, oxidative stress and S100A1 in rats. Antioxidants (Basel). 2020. Vol. 9, № 2. P. 159. DOI: https://doi.org/10.3390/antiox9020159
Arozal W., Watanabe K., Veeraveedu P. T., Ma M., Thandavarayan R. A., Sukumaran V. та ін. Protective effect of carvedilol on daunorubicin-induced cardiotoxicity and nephrotoxicity in rats. Toxicology. 2010. Vol. 274, № 1–3. P. 18–26. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tox.2010.05.003
Asakawa T., Matsushita S. Coloring condition of thiobarbituric acid test for detecting lipid hydroperoxides. Lipids. 1980. Vol. 15, № 3. P. 137–140.
Bagno L., Hatzistergos K. E., Balkan W., Hare J. M. Mesenchymal stem cell-based therapy for cardiovascular disease: progress and challenges. Molecular Therapy. 2018. Vol. 26, № 7. P. 1610–1623. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2018.05.009
Botelho A. F. M., Lempek M. R., Branco S. E. M. T., Nogueira M. M., de Almeida M. E., Costa A. G., Freitas T. G., Rocha M. C. R. C., Moreira M. V. L., Barreto T. O., Santos J. C., Lavalle G., Melo M. M. Coenzyme Q10 cardioprotective effects against doxorubicin- induced cardiotoxicity in Wistar rat. Cardiovascular Toxicology. 2020. Vol. 20, № 3. P. 222–234. DOI: https://doi.org/10.1007/s12012-019-09547-4
Camilli M., Cipolla C. M., Dent S., Minotti G., Cardinale D. M. Anthracycline cardiotoxicity in adult cancer patients: JACC: CardioOncology state-of-the-art review. JACC: CardioOncology. 2024. Vol. 6, № 5. P. 655–677. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jaccao.2024.07.016
Caroline Evette Mathen. Patent. A61K35/12. Stem cell conditioned media for clinical and cosmetic applications. Application PCT/IN2018/050078. 2018. Publication of WO2018150440A1. URL: https://patents.google.com/patent/WO2018150440A1/
Ferreira J. R., Teixeira G. Q., Santos S. G., Barbosa M. A., Almeida-Porada G., Gonçalves R. M. Mesenchymal stromal cell secretome: influencing therapeutic potential by cellular pre-conditioning. Frontiers in Immunology. 2018. Vol. 9. P. 2837. DOI: https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.02837
Galchenko S. E. Extracts of cryopreserved fragments of xenoorgans: procurement and biological effect. Problems of Cryobiology and Cryomedicine. 2005. Vol. 15, № 3. P. 403–406.
Hadwan M. H., Hussein M. J., Mohammed R. M., Hadwan A. M., Saad Al-Kawaz H., Al-Obaidy S. S. M., Al Talebi Z. A. An improved method for measuring catalase activity in biological samples. Biological Methods and Protocols. 2024. Vol. 9, № 1. Article bpae015. DOI: https://doi.org/10.1093/biomethods/bpae015
Kalinovic S., Stamm P., Oelze M., Daub S., Kröller-Schön S., Kvandova M., Steven S., Münzel T., Daiber A. Comparison of three methods for in vivo quantification of glutathione in tissues of hypertensive rats. Free Radical Research. 2021. Vol. 55, № 11–12. P. 1048–1061. DOI: https://doi.org/10.1080/10715762.2021.2016735
Kuang Z., Ge Y., Cao L., Wang X., Liu K., Wang J., Zhu X., Wu M., Li J. Precision treatment of anthracycline-induced cardiotoxicity: an updated review. Current Treatment Options in Oncology. 2024. Vol. 25, № 8. P. 1038–1054. DOI: https://doi.org/10.1007/s11864-024-01238-9
Li H., Wang M., Huang Y. Anthracycline-induced cardiotoxicity: an overview from cellular structural perspective. Biomedicine & Pharmacotherapy. 2024. Vol. 179. P. 117312. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biopha.2024.117312
Liao W., Rao Z., Wu L., Chen Y., Li C. Cariporide attenuates doxorubicin-induced cardiotoxicity in rats by inhibiting oxidative stress, inflammation and apoptosis partly through regulation of Akt/GSK-3β and Sirt1 signaling pathway. Frontiers in Pharmacology. 2022. Vol. 13. Article 850053. DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2022.850053
Matsui H., Morishima I., Numaguchi Y., Toki Y., Okumura K., Hayakawa T. Protective effects of carvedilol against doxorubicin-induced cardiomyopathy in rats. Life Sciences. 1999. Vol. 65, № 12. P. 1265–1274. DOI: https://doi.org/10.1016/S0024-3205(99)00362-8
Narezkina A., Narayan H. K., Zemljic-Harpf A. E. Molecular mechanisms of anthracycline cardiovascular toxicity. Clinical Science (London). 2021. Vol. 135, № 10. P. 1311–1332. DOI: https://doi.org/10.1042/CS20200301
O'Brien C. G., Ozen M. O., Ikeda G., Vaskova E., Jung J. H., Bayardo N., Santoso M. R., Shi L., Wahlquist C., Jiang Z., Jung Y., Zeng Y., Egan E., Sinclair R., Gee A., Witteles R., Mercola M., Svensson K. J., Demirci U., Yang P. C. Mitochondria-rich extracellular vesicles rescue patient-specific cardiomyocytes from doxorubicin injury: insights into the SENECA trial. JACC: CardioOncology. 2021. Vol. 3, № 3. P. 428–440. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jaccao.2021.05.006
Park J. H., Lee D. K., Kang H., Kim J. H., Nahm F. S., Ahn E., In J., Kwak S. G., Lim C. Y. The principles of presenting statistical results using figures. Korean Journal of Anesthesiology. 2022. Vol. 75, № 2. P. 139–150. DOI: https://doi.org/10.4097/kja.21508
Percie du Sert N., Hurst V., Ahluwalia A., Alam S., Avey M. T., Baker M., Browne W. J., Clark A., et al. The ARRIVE guidelines 2.0: updated guidelines for reporting animal research. PLOS Biology. 2020. Vol. 18, № 7. P. e3000410. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000410
Podyacheva E. Y., Kushnareva E. A., Karpov A. A., Toropova Y. G. Analysis of models of doxorubicin-induced cardiomyopathy in rats and mice: a modern view from the perspective of the pathophysiologist and the clinician. Frontiers in Pharmacology. 2021. Vol. 12. Article 670479. DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2021.670479
Ranganath S. H., Levy O., Inamdar M. S., Karp J. M. Harnessing the mesenchymal stem cell secretome for the treatment of cardiovascular disease. Cell Stem Cell. 2012. Vol. 10, № 3. P. 244–258. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2012.02.005
Serdar C. C., Cihan M., Yücel D., Serdar M. A. Sample size, power and effect size revisited: simplified and practical approaches in pre-clinical, clinical and laboratory studies. Biochemia Medica (Zagreb). 2021. Vol. 31, № 1. Article 010502. DOI: https://doi.org/10.11613/BM.2021.010502
Shaikh F., Dupuis L. L., Alexander S., Gupta A., Mertens L., Nathan P. C. Cardioprotection and second malignant neoplasms associated with dexrazoxane in children receiving anthracycline chemotherapy: a systematic review and meta-analysis. Journal of the National Cancer Institute. 2015. Vol. 108, № 4. P. djv357. DOI: https://doi.org/10.1093/jnci/djv357
Sirota T. V. Standardization and regulation of the rate of the superoxide-generating adrenaline autoxidation reaction used for evaluation of pro/antioxidant properties of various materials. Biomeditsinskaia Khimiia. 2016. Vol. 62, № 6. P. 650–655. DOI: https://doi.org/10.18097/PBMC20166206650
Thoman C. J. The versatility of polysorbate 80 (Tween 80) as an ionophore. Journal of Pharmaceutical Sciences. 1999. Vol. 88, № 2. P. 258–260. DOI: https://doi.org/10.1021/js980216n
Veskoukis A. S., Margaritelis N. V., Kyparos A., Paschalis V., Nikolaidis M. G. Spectrophotometric assays for measuring redox biomarkers in blood and tissues: the NADPH network. Redox Report. 2018. Vol. 23, № 1. P. 47–56. DOI: https://doi.org/10.1080/13510002.2017.1392695
Vo J. B., Ramin C., Veiga L. H. S., Brandt C., Curtis R. E., Bodelon C., Barac A., Roger V. L., Feigelson H. S., Buist D. S. M., Bowles E. J. A., Gierach G. L., Berrington de González A. Long-term cardiovascular disease risk after anthracycline and trastuzumab treatments in US breast cancer survivors. Journal of the National Cancer Institute. 2024. Vol. 116, № 8. P. 1384–1394. DOI: https://doi.org/10.1093/jnci/djae107
Wallace K. B., Sardão V. A., Oliveira P. J. Mitochondrial determinants of doxorubicin-induced cardiomyopathy. Circulation Research. 2020. Vol. 126, № 7. P. 926–941. DOI: https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.119.314681
Wang Y., Zhu J., Ma Q., Zhou W., Yang L., Sheng S., Zhu F., Xia Z. Trends in mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles clinical trials 2014–2024: is efficacy optimal in a narrow dose range? Frontiers in Medicine (Lausanne). 2025. Vol. 12. P. 1625787. DOI: https://doi.org/10.3389/fmed.2025.1625787
Wong J., Soh C. H., Wang B., Marwick T. Long-term risk of heart failure in adult cancer survivors: a systematic review and meta-analysis. Heart. 2024. Vol. 110, № 19. P. 1188–1195. DOI: https://doi.org/10.1136/heartjnl-2024-324301
Zheng H., Zhan H. Dexrazoxane makes doxorubicin-induced heart failure a rare event in sarcoma patients receiving high cumulative doses. CardioOncology. 2025. Vol. 11, № 1. P. 29. DOI: https://doi.org/10.1186/s40959-025-00323-8
Zhou Y., Zhu Y., Wong W. K. Statistical tests for homogeneity of variance for clinical trials and recommendations. Contemporary Clinical Trials Communications. 2023. Vol. 33. Article 101119. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conctc.2023.101119
