In vivo antitumor effects of bis-benzimidazole derivatives in mouse melanoma and lung cancer models

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: The development of new antitumor agents on the basis of benzimidazoles opens new opportunities for treatment of the malignant tumors, including those refractory to conventional therapies. The benzimidazole derivatives demonstrate wide spectrum of biological activities, specifically antineoplastic effects, and high-level cytotoxicity toward human’s tumor cell lines. The exploration of antineoplastic effects of new synthetic benzimidazole derivatives in in vivo models of tumor growth will help the development of the effective doses and cancer treatment regimens with the use of such compounds.

AIM: To assess the antineoplastic effects of the benzimidazole derivatives — monomeric compound MB2Py(Ac) and dimeric compound DB2Py(3) — in the continuous cellular models of Lewis lung carcinoma (LLC) and melanoma B16 in mice.

MATERIALS AND METHODS: In vivo assessment of antineoplastic effects was performed in the continuous mouse models of Lewis lung carcinoma (LLC) and B16 melanoma after a single intravenous injection of MB2Py(Ac) and DB2Py(3). Irinotecan was used as a comparator drug. Antitumor effects were measured via standard parameters, such as tumor growth inhibition (TGI%) and tumor growth rate (TGR).

RESULTS: The study compounds DB2Py(3) and MB2Py(Ac) used in the study doses and regimen demonstrated mild antitumor effect in the model of murine solid tumors (TGI <50%). In melanoma B16 model, the maximum tumor growth inhibition was 15% and 38.5%, respectively, for MB2Py(Ac) and DB2Py(3). In the lung carcinoma model, the mild effect was observed, e.g. 8% for MB2Py(Ac) and 23.4% for DB2Py(3). The effect of the comparator drug, irinotecan, was more expressive, although short-term. In particular, TGI achieved 52.5% for melanoma B16 and 34.5% for Lewis lung carcinoma (LLC). In general, melanoma B16 was more sensitive to the effects of both bis-benzimidazoles and irinotecan, compared to the lung carcinoma LLC.

CONCLUSION: This study shows that the dimeric compound DB2Py(3) was the most promising among three study substances in the models of melanoma and lung carcinoma in mice. Nevertheless, its high toxicity imposes the necessity of further optimization for the clinical use. The substance MB2Py(Ac) demonstrated lowest efficacy, although it may be also explored in the modified treatment regimens.

About the authors

Saida Sh. Karshieva

N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology

Author for correspondence.
Email: skarshieva@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2469-2315
SPIN-code: 9154-7071

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Moscow

Albert F. Arutuynyan

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Email: abosiy@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5254-9252
Russian Federation, Moscow

Elizaveta A. Zaitseva

N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology

Email: liz.zajtzeva2011@gmail.com
Russian Federation, Moscow

Nikolay M. Smirnov

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Email: nick7nov@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

Alexey L. Zhuze

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Email: zhuze@eimb.ru
ORCID iD: 0000-0001-6230-8711
Russian Federation, Moscow

Olga Yu. Susova

N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology

Email: susovaolga@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8192-7913
SPIN-code: 6502-4232

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Moscow

References

  1. Vitaku E, Smith D, Njardarson J. Analysis of the structural diversity, substitution patterns, and frequency of nitrogen heterocycles among US FDA approved pharmaceuticals: miniperspective. Journal of Medicinal Chemistry. 2014;57(24):10257–10274. doi: 10.1021/jm501100b
  2. Lee Y, Tan Y, Oon C. Benzimidazole and its derivatives as cancer therapeutics: The potential role from traditional to precision medicine. Acta Pharmaceutica Sinica B. 2023;13(2):478–497. doi: 10.1016/j.apsb.2022.09.010
  3. Kozlovsky AA. Helminthic and protozoal diseases in children: a literature review. Pediatrics Eastern Europe. 2024;12(3):496–509. doi: 10.34883/PI.2024.12.3.012
  4. Maltsev DV, Spasov AA, Miroshnikov MV. Current approaches to the search of anxiolytic drugs. Bioorganics Chemistry. 2021;47(4):431–463. doi: 10.31857/S013234232103012X
  5. Reshetnikova AS. Hypertensive crisis: definition and classification, clinical manifestations and diagnosis, emergency care. International Student Scientific Bulletin. 2022;(5):3–20.
  6. Butler MS, Vollmer W, Goodall ECA, et al. A Review of Antibacterial Candidates with New Modes of Action. ACS Infectious Diseases. 2024;10(10):3440–3474. doi: 10.1021/acsinfecdis.4c00218
  7. Alzhrani Z, Alam M, Nazreen S. Recent advancements on benzimidazole: A versatile scaffold in medicinal chemistry. Mini Rev Med Chem. 2022;22(2):365–386. doi: 10.2174/1389557521666210331163810
  8. Halpern-Cohen V, Blumberg EA. New Perspectives on Antimicrobial Agents: Maribavir. Antimicrob Agents Chemother. 2022;66(9): e0240521. doi: 10.1128/aac.02405-21
  9. Vasava MS, Bhoi MN, Rathwa SK, et al. Benzimidazole: A milestone in the field of medicinal chemistry. Mini Rev Med Chem. 2020;20(7):532–565. doi: 10.2174/1389557519666191122125453
  10. García-Báez EV, Padilla-Martínez II, Cruz A, et al. 13C-NMR Chemical Shifts in 1, 3-Benzazoles as a Tautomeric Ratio Criterion. Molecules. 2022;27(19):6268–6283. doi: 10.3390/molecules27196268
  11. Shrivastava N, Naim MJ, Alam MJ, et al.. Benzimidazole scaffold as anticancer agent: synthetic approaches and structure–activity relationship. Archiv der Pharmazie. 2017;350(6):e201700040. doi: 10.1002/ardp.201700040
  12. Haider K, Yar M. Advances of benzimidazole derivatives as anticancer agents: bench to bedside. IntechOpen: London; 2022. P. 162. doi: 10.5772/intechopen.101702
  13. Venugopal S, Kaur B, Verma A, et al. Recent advances of benzimidazole as anticancer agents. Chemical Biology & Drug Design. 2023;102(2):357–376. doi: 10.1111/cbdd.14236
  14. Arutyunyan AF, Kostyukov AA, Korolev SP, et al. [DNA Sequence-Specific Ligands. 19. Synthesis, Spectral Properties, Virological and Biochemical Studies of DB3(n) Fluorescent Dimeric Trisbenzimidazoles]. Mol Biol (Mosk). 2023;57(3):517–527. Russian
  15. Susova OY, Karshieva SS, Kostyukov AA, et al. Dimeric Bis-Benzimidazole-Pyrroles DB2Py(n) — AT-Site-Specific Ligands: Synthesis, Physicochemical Analysis, and Biological Activity. Acta Naturae. 2024;16(1):86–100. doi: 10.32607/actanaturae.27327
  16. Methodological recommendations for the preclinical study of the antitumor activity of medicines. Guidelines for conducting preclinical studies of medicines. Part One; Mironov AN, editor; Moscow : Grif K; 2012. P. 640–654. EDN: SDEWMP
  17. Komarova EF, Morkovnik AS, Zhukovskaya ON, et al. A benzimidazole derivative as an effective antitumor agent in terms of syngeneic lung tumors and melanoma treatment. South Russian Journal of Cancer. 2022;3(1):15–21. doi: 10.37748/2686-9039-2022-3-1-2
  18. Roopashree R, Mohan C, Swaroop T, et al. Novel synthetic bisbenzimidazole that targets angiogenesis in Ehrlich ascites carcinoma bearing mice. Bioorg Med Chem Lett. 2015;25(12):2589–2593. doi: 10.1016/j.bmcl.2015.04.010
  19. Rodrigues L, Tavares A, Ferreira B, et al. Inclusion complexes and self-assembled cyclodextrin aggregates for increasing the solubility of benzimidazoles. Braz J Pharm Sci. 2019;55. doi: 10.1590/s2175-97902019000117776
  20. Chang C, Ryu J, Choi J, et al. Anti-cancer effect of fenbendazole-incorporated PLGA nanoparticles in ovarian cancer. J Gynecol Oncol. 2023;34(5):e58. doi: 10.3802/jgo.2023.34.e58

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Chemical structure of monomeric ligand MB2Py(Ac) and dimeric ligand DB2Py(3) obtained using MarvinSketch software (Chemaxon Ltd., Hungary); https://chemaxon.com/marvin.

Download (125KB)
3. Fig. 2. Growth dynamics of B16 melanoma in C57Bl6 mice after single intravenous administration of irinotecan at a dose of 30 mg/kg, MB2Py(Ac) at a dose of 60 mg/kg and DB2Py(3) at a dose of 5 mg/kg.

Download (122KB)
4. Fig. 3. Growth dynamics of LLC lung carcinoma in C57Bl6 mice following a single intravenous administration of Irinotecan at a dose of 30 mg/kg, MB2Py(Ac) at a dose of 60 mg/kg and DB2Py(3) at a dose of 5 mg/kg.

Download (144KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».