Pro-apoptotische Therapie von Hirntumoren mit Taurolidin experimentelle und klinische Untersuchungen

Abstract

Patienten mit einem Glioblastom haben eine mediane Überlebenszeit von etwa 12-14 Monaten, da es in den allermeisten Fällen zu einem Lokalrezidiv kommt. Derzeitiger Therapie-Standard ist die vollständige Resektion des kontrastmittelaufnehmenden Tumors mit nachfolgender Strahlentherapie und konkomitanter und adjuvanter Therapie mit Temozolomid. Die intraoperative Resektionskontrolle mittels 5-ALA kann die Vollständigkeit der Resektion des kontrastmittelaufnehmenden Tumoranteils verbessern. Außerdem erhöht sich der Anteil der Patienten mit progressionsfreiem Überleben nach 6 Monaten signifikant. Jedoch kann die Chemotherapie und auch die Resektionskontrolle mittels 5-ALA das Auftreten eines Rezidivtumors nicht verhindern. Die bisher bekannten adjuvanten Therapieansätze incl. der Chemotherapie haben bei teilweise erheblichen Nebenwirkungen nur eine begrenzte Ansprechrate und Wirksamkeit. Die Suche nach neuen Therapien, welche die Prognose von Patienten mit malignen Gliomen bei guter Lebensqualität verbessern können, ist daher von großer Bedeutung. Nach initialen Versuchen mit der als antimikrobiell bekannten Substanz Taurolidin konnte ein direkter antineoplastischer Effekt auf Hirntumorzellen nachgewiesen werden. Der Wirkungsmechanismus der antineoplastischen Wirkung wurde untersucht. Taurolidin, der Gleichgewichtspartner Taurultam und das Derivat Taurultam-Glucose führen dosis- und zeitabhängig zu einer selektiven zytotoxischen Wirkung auf humane gliale Tumorzelllinien und ex-vivo-Glioblastomzellen. Die Wirkstoffe führen dosisabhängig zu einer Verminderung bzw. Verhinderung der Koloniebildung humaner glialer Tumorzelllinien und ex-vivo-Glioblastomzellen. Die Konzentration, die für die antineoplastische Wirkung erforderlich ist, liegt deutlich unter der antibakteriell effektiven Konzentration. Taurolidin ist wirksamer als Taurultam und Taurultam ist wirksamer als Taurultam-Glucose. Dies beruht möglicherweise auf dem hohen Glucoseanteil von Taurultam-Glucose, der hinsichtlich des festgestellten Wirkungsmechanismus protektiv wirkt. Die antineoplastische Wirkung scheint zum wesentlichen Teil auf der Induktion des programmierten Zelltodes Typ II (Autophagie) über die Freisetzung von AIF (Apoptosis Inducing Factor) und konsekutiver Bildung von ROI (Reactive Oxygen Intermediates) zu beruhen. Zu einem deutlich geringeren Anteil scheint auch der klassische Caspase-abhängige programmierte Zelltod Typ I beteiligt zu sein. Die VEGF-Exprimierung wird durch alle 3 Wirkstoffe zeit- und dosisabhängig vermindert. Dies spricht für einen zusätzlichen anti- angiogenetischen Effekt dieser Substanzen. Für die intravenöse Anwendung wurden Untersuchungen zur Pharmakokinetik von Taurolidin nach repetitiver intravenöser Infusion und zum Abbau von Taurolidin in Serum und Vollblut mittels HPLC-MS durchgeführt. Im humanen Serum liegt Taurolidin im Gleichgewicht mit Taurultam vor. Das instabile Taurolidin lässt sich deshalb nicht direkt nachweisen. Die HPLC-MS-Methode gestattet einen sehr präzisen und empfindlichen Nachweis von Taurultam und Taurinamid. Die Summe der Metabolite Taurultam und Taurinamid bleibt im Blutserum stabil, während im Vollblut ein zeit-, konzen¬trations- und temperaturabhängiger Abbau erfolgt. Die durchschnittliche Serumkonzentration von Taurolidin bei An¬wen¬¬dung dieses Infusionsschemas erreichte den zytotoxisch wirksamen Bereich. Die Verteilungs¬volumina von Taurolidin und Taurultam sind deutlich größer als das Plasmavolumen, was für höhere Gewebekonzentrationen spricht. Die repetitive Infusion von Taurolidin ist für diese Indikation die therapeutisch richtige Applikationsform. Im Rahmen einer Studie wurden Patienten mit einem nach Standardtherapie rezidivierenden/progredienten Glioblastom einer intravenösen Taurolidintherapie unterzogen. Die Infusionstherapie mit Taurolidin bei Patienten mit progredientem/rezidivierendem Glioblastom zeigte eine Ansprechrate von 61,5 %. Das mediane Überleben betrug für die Responder 23,7 Wochen im Vergleich zu 8,4 Wochen für die Non-responder (Log-Rank-test; p < 0,001). Bei den Respondern kam es zu einer Abnahme der Tumorgröße und der Kontrastmittelaufnahme im MRT-Bild sowie zu einer Reduktion des Aminosäurestoffwechsels im Tumor bei konstanter oder gebesserter Lebensqualität. Die Nebenwirkungen waren sehr gering. Die intravenöse Taurolidinapplikation ist eine mögliche nebenwirkungsarme Option zur Behandlung von Patienten mit einem Glioblastom.

Patients with a glioblastoma have a median survival of 12-14 months due to local recurrence. Complete removal of the contrast enhancing tumor followed by irradiation and concomitant/adjuvant temozolomide is considered as the standard therapy. Intraoperative resection control using 5-ALA may improve complete resection of the contrast enhancing tumor. In addition, group of patients with progression free survival after 6 months is significantly improved. However, neither chemotherapy nor resection control using 5-ALA can avoid recurrence of the tumor. However, current adjuvant therapies including chemotherapy have a limited response rate and efficacy and often lead to severe side effects. The search for new treatments is of upmost importance improving the prognosis of patients with malignant gliomas while maintaining a good quality of life. In initial experiments using the anti-microbial substance taurolidine a direct anti-neoplastic effect could be demonstrated on brain tumor cells. The mechanism of action had been investigated. A dose- and time dependent cytotoxic effect could be observed on human glial tumor cell lines and ex vivo glioblastoma cells following incubation with taurolidine, its partner in equilibrium taurultame and the derivative taurultam-glucosen. Furthermore, these substances led to decrease or avoiding of colony formation of human glial tumor cell lines and ex vivo glioblastoma cells. The antineoplastic effective concentration was observed to be markedly lower as compared to the antibacterial effective concentration. Taurolidine was more effective than taurultame and this was more effective than taurultam-glucose. Probably this is caused by the protective effect of glucose contained in taurultam-glucose regarding the mechanism of action. Anti-neoplastic action seems to be mainly based on the induction of programmed cell death type II (autophagy) via the release of AIF (Apoptosis Inducing Factor) and consecutive generation of ROI (Reactive Oxygen Intermediates). The classic caspase- dependent programmed cell death type I seems to be involved by a markedly lower percentage. Exprimation of VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) is decreased by all 3 substances in a time- and dose dependent matter. This may be the expression of an additional anti-angiogenetic effect. Investigation of pharmacokinetics were performed following repetitive intravenous infusions and following incubation in blood plasma and whole blood using HPLC-MS/MS. In human plasma, taurolidine was in equilibrium with taurultame. Therefore a direct detection of the instable taurolidine was not possible. HPLC-MS/MS method permits very precise detection of taurultame and taurinamide. The sum of taurultame and taurinamide in blood plasma was stable whereas a biotransformation could be observed in whole blood in a time-, concentration- and temperature- dependent manner. The average plasma concentrations of taurolidine were found to be within the cytotoxic effective range. The volumina of distribution of taurolidine and taurultame have been found to be higher than plasma volume suggesting higher tissue concentrations. Repetitive taurolidine infusions are the adequate form of application in this indication. Patients with recurrent/progressing glioblastoma after standard therapy received taurolidine infusion therapy. Infusion therapy with taurolidine had a response rate of 61.5 %. Median survival was 23.7 weeks for responder as compared to 8.4 weeks for non-responder (Log-Rank-test; p < 0,001). A decrease of tumor volume and contrast enhancement in MRI and a decrease of amino acid metabolism in the tumor could be observed in the responder group while maintaining or improving quality of life. No severe side effects could be detected. Intravenous taurolidine therapy is a valuable option in the treatment of patients with a glioblastoma with only less side effects.