Investigation of Cytotoxic Effects of Herbal Melanin in THP-1 cells line

Abstract

Study Questions: Main Question: Do the high doses of herbal melanin (HM) have cytotoxic effects on human Toll-like receptor (TLR)4-positive (expressing) monocytic leukemia cell line THP-1 comparatively to human TLR4-negative (non-expressing) embryonic kidney cell line HEK293? Sub-Question: What are the molecular mechanisms underlying HM cytotoxic effects? Does TLR4 the key receptor through which HM exerts cytotoxic effects? Objectives and Importance of the study: Objectives: The aim of this project is to study the cytotoxic effects of herbal melanin (HM) extracted from the Nigella sativa L. on human TLR4-positive monocytic leukemia cell line (THP1) versus TLR4-negative human embryonic kidney cell line (HEK293). We are aiming to investigate the potential mechanisms underlying the cytotoxic effects of HM, to highlight the apoptotic pathways involved in HM-induced apoptosis, and to determine the key role of TLR4 in HM-induced apoptosis in leukemic (white blood cancer) cells. Importance: HM plays an important medicinal role that has been previously reported. The importance of this study is to investigate the cytotoxic effect of the high doses of HM in an attempt to use HM as a cancer therapeutic drug without causing side effects such as those associated with current chemotherapeutic treatments. Study methodology and tools: An experimental study involving the in vitro anti-proliferative effect of HM including the use of cell viability methodologies and apoptosis-related assays. Sample: The study sample included the THP-1(TLR4-positive) and HEK293 cells (TLR4-negative). Results: We showed that low concentration (7.8-62.5) µg/mL of HM has no effect on the cell viability while high concentration (125-500) µg/mL of HM significantly induced apoptosis in THP-1 cells (TLR4-positive). No change of apoptotic status was observed in HEK293 cells (TLR4-negative) even in the presence of high concentration of HM. The Principle Recommendations: This study indicates the promising potential of HM as a safe and natural anti-cancer therapeutic drug by using a specific dose. We recommend to evaluate any HM toxic effects using in vivo models and to conduct clinical trials in future.

تساؤلات الدراسة: التساؤل الرئيسي: هل الجرعات العالية من الميلانين العشبي (HM) لها تأثيرات سمية خلوية على خلايا (THP1) (TLR4+) مقارنة مع خلايا (TLR4-)HEK293؟ التساؤل الفرعي: ما هي الآليات الجزيئية الكامنة وراء التأثيرات السمية للميلانين العشبي؟ هل المستقبل TLR4 هو المستقبل الرئيسي الذي من خلاله يقوم الميلانين العشبي بتفعيل التأثيرات السامة للخلايا؟

أهداف الدراسة وأهميتها: الأهداف: الهدف من هذا المشروع هو دراسة التأثيرات السامة للميلانين العشبي المستخلص من حبة البركة. على الخلايا سرطان كريات الدم البيضاء الوحيدة (THP1) المعبره للمستقبل مقابل الخلايا الكلى الجنينية البشرية HEK293)) الغير معبرة للمستقبل دراسة الآليات المحتملة الكامنة وراء التأثيرات السامة للخلايا من الميلانين العشبي. تسليط الضوء على المسارات التي تشارك في موت الخلايا المبرمج الناجم عن الميلانين العشبي. تحديد الدور الرئيسي للـ TLR4 في موت الخلايا المبرمج الناجم عن الميلانين العشبي في خلايا سرطان الدم.

الأهمية: يلعب الميلانين العشبي دوراً طبياً مهماً تم الإبلاغ عنه سابقاً. أهمية هذه الدراسة هي التحقيق في التأثير السام للجرعات العالية من الميلانين العشبي على الخلايا في محاولة لاستخدام الميلانين العشبي كعقار علاجي للسرطان دون التسبب في آثار جانبية مثل تلك الاثار المرتبطة بالعلاجات الكيميائية الحالية.

منهج الدراسة وأدواتها: دراسة تجريبية تنطوي على تأثير الميلانين العشبي كمادة مضادة لتكاثر الخلايا السرطانية في المختبر من بما في ذلك استخدام منهجيات بقاء الخلية والفحوصات المتعلقة بالاستموات.

عينة الدراسة: شملت عينة الدراسة خلايا THP1معبرة عن TLR4وخلايا HEK293 غير معبرة.

النتائج: أظهرت النتائج أن التراكيز المنخفضة µg/mL (7.8-62.5) من الميلانين العشبي ليس له أي تأثير على حيوية الخلية في حين أن التراكيز العالية µg/mL (125-500) من الميلانين العشبي يسبب موت الخلايا المبرمج في خلايا THP1من خلال TLR4. لم يلاحظ أي تغيير في حالة الاستماتة في الخلايا HEK293الغير المعبر عنها فيTLR4 حتى في وجود تركيز عالي من الميلانين العشبي.

أهم التوصيات: تشير النتائج إلى الإمكانات الواعدة لاستخدام الميلانين العشبي كدواء علاجي آمن ومضاد للسرطان وذلك باستخدام الجرعة بكمية محددة. نوصي بتقييم أي تأثيرات سمية للميلانين العشبي باستخدام نماذج في الجسم الحي وإجراء تجارب سريرية في المستقبل.