References

rpmj

Research'n Practical Medicine Journal

Research and Practical Medicine Journal

2410-1893

"QUASAR", LLC

10.17709/2409-2231-2020-7-2-8

rpmj-542

Research Article

Обзоры

Review

Идеи синергизма в онкологии: перспективы практической реализации

Synergistic ideas in oncology: prospects for practical implementation

https://orcid.org/0000-0002-3821-611X

Евстратова

Е. С.

Evstratova

E. S.

Евстратова Екатерина Сергеевна – кандидат биологических наук, заведующая отделением, заведующая отделением регенеративных технологий и биофабрикации

249036, г. Обнинск, ул. Королева, д. 4

SPIN: 1922-6348

AuthorID: 736646

ResearcherID: O-4987-2014

Scopus Author ID: 55370750400

Ekaterina S. Evstratova – Cand. Sci. (Biol.), head of the Department, head of the Department of regenerative technologies and biofabrication

4 Korolev str., Obninsk 249036

SPIN: 1922-6348

AuthorID: 736646

ResearcherID: O-4987-2014

Scopus Author ID: 55370750400

ekevs7240@mail.ru

https://orcid.org/0000-0002-6435-6917

Петин

В. Г.

Petin

V. G.

Петин Владислав Георгиевич – доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник

249035, г. Обнинск, ул. Королева, д. 4

SPIN: 9731-4751

AuthorID: 80686

ResearcherID: O-4609-2014

Scopus Author ID: 7005955046

Vladislav G. Petin – Dr. Sci. (Biol.), Professor, chief research worker

4 Korolev str., Obninsk 249036

SPIN: 9731-4751

AuthorID: 80686

ResearcherID: O-46092014

Scopus Author ID: 7005955046

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр радиологии» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияNational Medical Research Radiological CenterRussian Federation

МРНЦ им. А.Ф.Цыба – филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр радиологии» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияA.F.Tsyb Medical Radiological Research Center – Branch of the National Medical Research Radiological Center (A.F.Tsyb MRRC)Russian Federation

2020

24062020

728291

2020

Евстратова Е.С., Петин В.Г.

Evstratova E.S., Petin V.G.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.rpmj.ru/rpmj/article/view/542

Обзор посвящен анализу малоисследованной проблемы применения идей синергизма в онкологии при использовании различных агентов в комбинированных воздействиях. Приводится пример определения и количественной оценки коэффициента синергического усиления. Подчеркивается, что независимое сложение определяется произведением вероятностей эффектов, индуцированных каждым агентом в отдельности. Повышенные температуры синергически усиливают летальное действие ионизирующего излучения и химических соединений, применяемых в лечении онкологических заболеваний. Отмечены универсальные закономерности проявления синергизма, не зависящие от применяемых агентов, биологических объектов и тестов. Максимальный синергизм наблюдается при одновременном применении агентов. Синергизм, регистрируемый в результате комбинированных воздействий двух факторов, наблюдается лишь при определенном отношении эффектов, индуцированных каждым агентом. Синергизм зависит от интенсивности применяемых факторов — действующей температуры, мощности дозы ионизирующего излучения или концентрации химических агентов. Эти универсальные закономерности продемонстрированы для прои эукариотических клеток, в том числе онкологического происхождения. Существование универсальных закономерностей синергизма указывает на необходимость разработки новой парадигмы и теоретической модели синергизма, которая должна учитывать выявленные закономерности. Предложена оригинальная биофизическая концепция синергетического взаимодействия. Приводятся конкретные результаты, демонстрирующие возможные пути использования идей синергизма в онкологии за счет достижения максимального коэффициента синергического усиления. Делается вывод, что знание и учет описанных в данной работе идей и общих закономерностей синергизма могут быть полезными для специалистов, использующих одновременное действие различных агентов для оптимизации комбинированных методов лечения в современной онкологии.

The review is devoted to the analysis of the problem of synergistic ideas application in oncology after simultaneous combined application of agents. An example of the determination and quantification of the synergistic enhancement ratio is presented. It is emphasized that independent addition is determined by product of probabilities of the effects induced by each agent applied separately. Elevated temperatures synergistically enhance the lethal effect of ionizing radiation and chemical compounds used in the treatment of cancer. Analyzing the dependence of the synergistic effect on the acting temperature after its simultaneous application with ionizing radiation or cisplatin, the existence of an optimal temperature ensuring the greatest synergistic interaction was shown for cultured mammalian and yeast cells. The universal regularities of the manifestation of synergism, independent on the agents, biological objects and tests used, are noted. The greatest synergy is observed with the simultaneous application of agents. The synergism recorded as a result of the combined effects of two factors is observed only with a certain ratio of the effects induced by each agent. Synergism depends on the intensity of the factors used — the current temperature, the dose rate of ionizing radiation or the concentration of chemical agents. These universal patterns have been demonstrated for proand eukaryotic cells, including oncological origin. The existence of universal patterns of synergism indicates the need to develop a new paradigm and theoretical model of synergism, which should take into account the identified patterns. An original biophysical concept of synergistic interaction is proposed. Concrete results are presented that demonstrate the possible ways of using the ideas of synergism in oncology by achieving the greatest synergistic enhancement ratio for the combined effects of various physical and chemical agents. It is concluded that the knowledge and the application of the ideas and general patterns of synergy described in this paper can be useful for specialists using the simultaneous action of various agents to optimize combined treatment methods in modern oncology.

синергизмонкологиягипертермияцисплатинионизирующие излученияматематическая модель

synergismoncologyhyperthermiacisplatinionizing radiationsmathematical model

References1

Синергетика. Антология. Под ред. Князевой E.H.М.; СПб.: Центр гуманитарных инициатив, 2013, 408 с.

Synergetic. Anthology. Ed by Knyazeva E.N.M.; SPb.: Tsentr gumanitarnykh initsiativ, 2013, 408 p. (In Russian).

Berthoud H R. Synergy: A Concept in Search of a Definition. Endocrinology. 2013 Nov 1; 154(11): 3974–3977. https://doi.org/10.1210/en.2013–1420

Berthoud H.R. Synergy: a concept in search of a definition. Endocrinology. 2013; 154: 3974–3977. https://doi.org/10.1210/en.2013–1420

Sucher NJ. Searching for synergy in silico, in vitro and in vivo. Synergy. 2014 Sep 1; 1(1): 30–43. https://doi.org/10.1016/j.synres.2014.07.004

Sucher NJ. Searching for synergy in silico, in vitro and in vivo. Synergy. 2014; 1: 30–43. https://doi.org/10.1016/j.synres.2014.07.004

Evstratova ES, Petin VG, Zhurakovskaya GP. Synergistic effects and their potential significance for the influence of natural intensities of environmental factors on cell growth. Synergy. 2018; 6: 1–8. https://doi.org/10.1016/j.synres.2017.12.001

Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика. 12 е изд. М: Издательство Юрайт, 2014.

Gmurman VE. Theory of Probability and Mathematical Statistics. 12th ed. Moscow: Yurayt Publishing House, 2014. (In Russian).

Петин В. Г., Морозов И.И. Синергетика факторов окружающей среды.М.: ГЕОС, 2015.

Petin VG, Morozov II. Synergy of environmental factors. Moscow: GEOS, 2015. (In Russian).

Hall EJ, Giaccia AJ. Radiobiology for the Radiologist. Chapters 17, 27, 28. 8th ed. PA: Wolters Kluwer; 2018.

Белкина С.В., Петин В. Г. Прогнозирование повышения радиочувствительности клеток млекопитающих при последовательном применении гипертермии иионизирующего излучения. Российский биотерапевтический журнал. 2014; 3: 65–69.

Belkina SV, Petin VG. Prognosis of the Mammalian Cells Radiosensitivity increase under sequential action of hyperthermia and ionizing radiation. Russian Journal of Biotherapy. 2014; 3: 65–69. (In Russian).

Petin VG, Kim JK. Synergistic Interaction and Cell Responses to Environmental Factors. New York: Nova Sciences Publisher; 2016.

Жаворонков Л.П., Петин В. Г. Количественные критерии микроволнового поражения.М.: ГЕОС, 2018.

Zhavoronkov LP, Petin VG. Quantitative criteria for microwave damage. Moscow: GEOS; 2018. (In Russian).

Григорьев Ю. Г., Григорьев О.А. Сотовая связь и здоровье: электромагнитная обстановка, радиобиологические и гигиенические проблемы, прогноз опасности. 2 е издание, М.: Экономика, 2016.

Grigor'ev YuG, Grigor'ev OA. Cellular communications and health: electromagnetic environment, radiobiological and hygienic problems, hazard prediction. 2nd edition, Moscow: Economy; 2016. (In Russian).

Lantz PM, Mendez D, Philbert MA. Radon, smoking, and lung cancer: the need to refocus radon control policy. Am J Public Health. 2013; 103(3): 443–447. https://doi.org/10.2105/AJPH.2012.300926

Melloni BBM. Lung cancer in never-smokers: radon exposure and environmental tobacco smoke. Eur Respir J. 2014; 44: 850– 852. https://doi.org/10.1183/09031936.00121314

Torres-Durán M, Barros-Dios JM, Fernández-Villar A, Ruano-Ravina A. Residential radon and lung cancer in never smokers. A systematic review. Cancer Lett. 2014; 345(1): 21–26. https://doi.org/10.1016/j.canlet.2013.12.010

Пронкевич М.Д., Евстратова Е. С., Белкина С.В., Анохин Ю.Н., Петин В. Г. Сравнение эффектов комбинированных воздействий для дрожжевых клеток и клеток млекопитающих. Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2017; 62(6): 21–27. https://doi.org/10.12737/article_5a25317ce480f3.74497732

Pronkevich MD, Evstratova ES, Belkina SV, Anokhin YuN, Petin VG. Comparison of the Combined Effect of Hyperthermia with Ionizing Radiation or Cisplatin on Yeast and Mammalian Cells. Medical Radiology and Radiation Safety. 2017; 62(6): 21–27. (In Russian). https://doi.org/10.12737/article_5a25317ce480f3.74497732

Петин В. Г., Жураковская Г.П. Закономерности проявления максимального синергического взаимодействия. Радиационная биология. Радиоэкология. 2014; 54(6): 589–596. https://doi.org/10.7868/S0869803114060101

Petin VG, Zhurakovskaya GP. Regularities of the highest synergistic interaction display. Radiation Biology. Radioecology. 2014; 54(6): 589–596. (In Russian). https://doi.org/10.7868/S0869803114060101

Петин В. Г., Жураковская Г.П. Влияние интенсивности действующих агентов на проявление синергического взаимодействия. Радиационная Биология. Радиоэкология. 2015; 55(6): 596–606. https://doi.org/10.7868/S0869803115060107

Petin VG, Zhurakovskaya GP. Effect ofintensity of acting agents on the manifestation of synergistic interaction. Radiation Biology. Radioecology. 2015; 55(6): 596–606. (In Russian). https://doi.org/10.7868/S0869803115060107

Meenakshi C., Mohankumar M.N. Synergistic effect of radon in blood cells of smokers — An in vitro study. Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2013; 757(1): 79–82. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2013.06.018

Meenakshi C, Mohankumar MN. Synergistic effect of radon in blood cells of smokers — An in vitro study. Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2013; 757(1): 79–82. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2013.06.018

Жураковская Г.П., Петин В. Г. Принципы математического моделирования комбинированных воздействий в биологии и медицине (обзор литературы). Радиация и Риск. 2015; 24(1): 61–73.

Zhurakovskaya GP, Petin VG. Principles of matimatical modeling of combined effects in biology and medicine. Review of the literature. Radiation and Risk. 2015; 24(1): 61–73. (In Russian).

Евстратова Е.С., Петин В. Г. Биофизическая интерпретация зависимости синергизма от интенсивности применяемых агентов. Биофизика. 2018; 63(6): 1186–1194. https://doi.org/10.1134/S0006302918060182

Evstratova ES, Petin VG. Biophysical Interpretation of the Dependence of Synergy on the Intensity of the Applied Agents. Biophysics. 2018; 63(6): 1186–1194. (In Russian). https://doi.org/10.1134/S0006302918060182

Каприн А.Д., Мардынский Ю.С. Терапевтическая радиология: национальное руководство. Глава 4. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2018.

Kaprin AD, Mardynskij YuS. Therapeutic radiology: national leadership. Chapter 4. Moscow: GEOTAR-Media; 2018. (In Russian).

Helena CB, Clemens B, Zandvliet MMJM, Moonen CTW, Deckers R. Combination of chemotherapy, radiotherapy and hyperthermia in vitro. Synergy. 2019; 9: 100052. https://doi.org/10.1016/j.synres.2019.100052

Евстратова Е.С., Петин В. Г. Влияние цисплатина на радиочувствительность и восстановление дрожжевых клеток. Радиационная биология. Радиоэкология. 2013; 53(6): 598– 603. https://doi.org/10.7868/S0869803113060040

Evstratova ES, Petin VG. Cisplatin influence on the radiosensetivity and recovery of yeast cells. Radiation Biology. Radioecology. 2013; 53(6): 598–603. (In Russian). https://doi.org/10.7868/S0869803113060040

Евстратова Е.С., Петин В. Г. Повышение радиочувствительности клеток при ингибировании их способности восстанавливаться от потенциально летальных радиационных повреждений. Цитология. 2015; 57(6): 422–427.

Evstratova ES, Petin VG. Increase in Cell Radiosensitivity After Inhibition of Cell Ability to Recover from Potentially Lethal Radiation Damage. Cell and Tissue Biology. 2015; 57(6): 422–427. (In Russian).

Evstratova ES, Kim J H, Lim Y K, Kim JK, Petin VG. Chemical inhibition of cell recovery after irradiation with sparsely and densely ionizing radiation. J Rad Industry. 2016; 10(4): 199–204.

Evstratova ES, Kim J H, Lim Y K, Kim JK, Petin VG. Chemical inhibition of cell recovery after irradiation with sparsely and densely ionizing radiation.J. Rad. Industry. 2016; 10(4): 199–204.

Каприн А.Д., Галкин В.Н., Жаворонков Л.П., Иванов В.К., Иванов С.А., Романко Ю.С. Синтез фундаментальных и прикладных исследований — основа обеспечения высокого уровня научных результатов и внедрения их в медицинскую практику. Радиация и риск. 2017; 26(2): 26–40. https://doi.org/10.21870/0131–3878–2017–26–2-26–40

Kaprin AD, Galkin VN, Zhavoronkov LP, Ivanov VK, Ivanov SA, Romanko YuS. Synthesis of basic and applied research is the basis of obtaining high-quality findings and translating them into clinical practice. Radiation and risk. 2017; 26(2): 26–40. (In Russian). https://doi.org/10.21870/0131–3878–2017–26–2-26–40

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