In vitro assessment of antiproliferative action selectivity of dietary isothiocyanates for tumor versus normal human cells

Abstract

Background/Aim. Numerous epidemiological studies have shown beneficial effects of cruciferous vegetables consumption in cancer chemoprevention. Biologically active compounds of different Brassicaceae species with antitumor potential are isothiocyanates, present in the form of their precursors - glucosinolates. The aim of this study was to determine the selectivity of antiproliferative action of dietary isothiocyanates for malignant versus normal cells. Methods. Antiproliferative activity of three isothiocyanates abundant in human diet: sulforaphane, benzyl isothiocyanate (BITC) and phenylethyl isothiocyanate, on human cervix carcinoma cell line - HeLa, melanoma cell line - Fem-x, and colon cancer cell line - LS 174, and on peripheral blood mononuclear cells (PBMC), with or without mitogen, were determined by MTT colorimetric assay 72 h after their continuous action. Results. All investigated isothiocyanates inhibited the proliferation of HeLa, Fem-x and LS 174 cells. On all cell lines treated, BITC was the most potent inhibitor of cell proliferation with half-maximum inhibitory concentration (IC50) values of 5.04 mmoL m-3 on HeLa cells, 2.76 mmol m-3 on Fem-x, and 14.30 mmol m-3 on LS 174 cells. Antiproliferative effects on human PBMC were with higher IC50 than on malignant cells. Indexes of selectivity, calculated as a ratio between IC50 values obtained on PBMC and malignant cells, were between 1.12 and 16.57, with the highest values obtained for the action of BITC on melanoma Fem-x cells. Conclusion. Based on its antiproliferative effects on malignant cells, as well as the selectivity of the action to malignant vs normal cells, benzyl isothiocyanate can be considered as a promising candidate in cancer chemoprevention. In general, the safety of investigated compounds, in addition to their antitumor potential, should be considered as an important criterion in cancer chemoprevention. Screening of selectivity is a plausible approach to the evaluation of safety of both natural isothiocyanates and synthesised analogues of these bioactive compounds.

Uvod/Cilj. Brojne epidemiološke studije pokazale su povoljne efekte konzumiranja povrća iz familije kupusnjača (Brassicaceae) u hemioprevenciji karcinoma. Osnovni biološki aktivni sastojci ovog povrća su izotiocijanati, prisutni u obliku prekursora - glukozinolata. Cilj ovog rada bio je određivanje selektivnosti antiproliferativnog delovanja dijetetskih izotiocijanata na maligne ćelije u odnosu na normalne ćelije. Metode. Antiproliferativna aktivnost tri izotiocijanata zastupljena u ljudskoj ishrani: sulforafana (SFN), benzil-izotiocijanata (BITC) i feniletil-izotiocijanata (FEITC) na humane maligne ćelijske linije, HeLa, ćelijsku liniju karcinoma grlića materice, Fem-x, ćelijsku liniju melanoma, i LS 174, ćelijsku liniju karcinoma kolona, kao i na mononuklearne ćelije periferne krvi (MNĆPK), sa ili bez delovanja mitogena, određivana je MTT kalorimetrijskim testom, 72 h nakon kontinuiranog delovanja agenasa. Rezultati. Svi ispitivani izotiocijanati inhibirali su proliferaciju HeLa, Fem-x i LS 174 ćelija. Na svim ćelijskim linijama BITC je pokazao najizraženije delovanje sa vrednostima polumaksimalne inhibitorne koncentracije (IC50) od 5.04 mmol m-3 na HeLa ćelijama, 2,76 mmoL m-3 na Fem-x i 14,30 mmol m-3 na LS 174 ćelijama. Svi ispitivani izotiocijanati pokazali su citotoksično delovanje na MNĆPK, ali sa višim IC50 vrednostima u odnosu na maligne ćelije. Indeksi selektivnosti antitumorkog delovanja, izraženi kao odnos IC50 vrednosti dobijenih na MNĆPK i malignim ćelijama, bili su između 1,12 i 16,57, sa najvišom vrednosti pri delovanju BITC na Fem-x ćelije. Zaključak. Na osnovu antiproliferativne aktivnosti na maligne ćelije i selektivnosti antiproliferativnog delovanja na maligne u odnosu na normalne ćelije, benzil izotiocijanat se ističe kao perspektivni agens u hemioprevenciji karcinoma. Generalno, pored antitumorskog delovanja, bezbednost primene ovih jedinjenja treba da predstavlja važan kriterijum u izboru odgovarajućih izotiocijanata za primenu u primarnoj, sekundarnoj i tercijarnoj hemioprevenciji kancera. Ispitivanje selektivnosti predstavlja pogodan pristup oceni bezbednosti i prirodnih izotiocijanata i sintetskih analoga.