Tierexperimentelle Untersuchungen zur Beeinflussung von Wachstum und Metastasierung des Pankreaskarzinoms

Abstract

Das Pankreaskarzinom ist ein häufiges Malignom des Gastrointestinaltraktes und trotz deutlicher Erkenntnisfortschritte hinsichtlich seiner Biologie noch immer mit einer ausgesprochen schlechten Prognose behaftet. Nur durch R0-Resektion lässt sich eine mittlere Überlebenszeit von 20-22 Monaten erreichen, in der palliativen Situation überleben die Patienten meist nur 8-10 Monate. Für Untersuchungen zu Wachstum und Metastasierung des Pankreaskarzinoms sind zelluläre und tierexperimentelle Versuchsanordnungen unverzichtbar. Dabei weisen karzinogen-induzierte Tiermodelle den Vorteil auf, über einen definierten Zeitraum multiple Ereignisse auf mehreren biologischen Ebenen hervorzurufen und damit wie im Zeitraffer die Karzinogenese und idealerweise auch die Metastasierung nachzubilden. Das N-Nitrosobis-2-oxopropylamin-(BOP)-Modell des duktalen Adenokarzinoms im Syrischen Hamster weist in vielerlei Hinsicht eine anerkannt gute Vergleichbarkeit mit dem häufigsten Typ des Pankreaskarzinoms im Menschen, dem duktalen Adenokarzinom, auf. Durch Modifikation der Ernährung gelang uns die Steigerung der im Ausgangsmodell bei maximal 30-60% liegenden Lebermetastasierungsrate auf konstant mindestens 90%. Dabei wurde der Fettanteil der Nahrung auf mehr als 20% angehoben, wobei Linolsäure der Hauptbestandteil war. Oxidativer Stress und die Lipidperoxidation sind Mechanismen, über die sowohl die Nitrosamin-induzierte Karzinogenese als auch die Hochfetternährung ihre Wirkung entfalten, was durch Veränderungen in den Aktivitäten der antioxidativen Schutzenzyme GSH-Px und SOD und der TBARS- Konzentration als Maß für die Lipidperoxidation nachgewiesen werden konnte. Für die konjugierte Form der Linolsäure waren in der Literatur im Gegensatz zur konventionellen Isoform eher wachstumshemmende Effekte auf Neoplasien beschrieben. Wir untersuchten daher den Einfluss beider Isoformen auf die Pankreaskarzinominzidenz und die intrapankreatische sowie intratumorale Lipidperoxidation. Dabei ließ sich weder hinsichtlich der Primärtumore noch der Lebermetastasen ein signifikanter Unterschied nachweisen. Bei Patienten mit einem Pankreaskarzinom können in diagnostischer, kurativer und palliativer Absicht operative Eingriffe erforderlich werden. Die dabei regelhaft erfolgende Spülung des Bauchraumes könnte je nach verwendeter Substanz Auswirkungen auf das Tumorwachstum und die Metastasierung haben. Wir simulierten daher nach BOP-Induktion eines Pankreaskarzinoms im Hamster eine diagnostische Laparoskopie, in deren Rahmen wir abschließend verschiedene Spüllösungen anwandten. Neben dem Standard mit 0,9%iger NaCl-Lösung wurde Taurolidin verwendet, das in tierexperimentellen Studien wachstumshemmende Effekte auf verschiedene Tumore gezeigt hatte. Zudem setzten wir das Somatostatinanalogon Octreotid ein, für das wir eine Beeinflussung von Größe und Anzahl der Lebermetastasen bei längerer subkutaner Applikation im BOP- Modell nachgewiesen hatten. In dieser Laparoskopie-Studie konnte nur Taurolidin eine signifikante Verringerung der Inzidenz makroskopischer Pankreaskarzinome mit begleitender Verringerung der Lipidperoxidation im Pankreas erreichen, Octreotid blieb wirkungslos. Die Lebermetastasierung wurde in diesem Versuchsaufbau von keiner der beiden Substanzen beeinflusst. Octreotid bindet nur an zwei der fünf bekannten Somatostatinrezeptoren. Das neue Somatostatinanalogon SOM230 (Pasireotid) bindet hingegen mit nahezu identischer Affinität an vier Rezeptorsubtypen. Daher haben wir in der nächsten Studie Octreotid und SOM230 in ihren Wirkungen auf Wachstum und Metastasierung des BOP-induzierten Pankreaskarzinoms im Hamster verglichen, wobei wir zur kontinuierlichen und kontrolliert-dosierten Abgabe beider SST- Analoga subkutan implantierte osmotische Mikropumpen verwendeten. Beide Substanzen führten zu einer signifikanten Erniedrigung der Lebermetastasierungsrate, erhöhten die Aktivität der antioxidativen Schutzenzyme in der Leber und verringerten dort das Ausmaß der Lipidperoxidation. Matrixmetalloproteinasen werden regelhaft von Pankreaskarzinomen exprimiert, deren Wachstum in-vitro durch MMP-Inhibitoren gehemmt werden konnte. Zudem ist nachgewiesen, dass bestimmte Fettsäuren – auch Linolsäure – die MMP-Produktion in Zelllinien epithelialer Tumore steigern kann. In der nächsten Studie untersuchten wir daher den Einfluss eines neuen MMP-Inhibitors, RO 28-2653, auf die Metastasierung des BOP- induzierten Pankreaskarzinoms. Zudem wurde in metastasenfreiem Lebergewebe und in den Lebermetastasen die Konzentration der MMP-2 und der MMP-9 bestimmt. Durch beide von uns verwendete RO 28-2653-Dosierungen wurde die Lebermetastaseninzidenz signifikant gesenkt. Desweiteren kam es zu einer signifikanten Erniedrigung der MMP-2-Konzentration in den Lebermetastasen, während die MMP-2-Konzentration in metastasenfreiem Lebergewebe faktisch nicht beeinflusst wurde. Das hier verwendete Tiermodell kombiniert zwei Faktoren, die auch bei der Karzinogenese des humanen Pankreaskarzinoms eine bedeutende Rolle spielen: Nitrosamine und n-6-Fettsäuren in hoher Dosierung. Oxidativer Stress und die Lipidperoxidation sind sowohl an Tumorwachstum und Metastasierung wie auch bei der pharmakologischen Beeinflussung des Modells durch Taurolidin, Somatostatinanaloga und Matrixmetalloproteinase-Inhibitoren entscheidend beteiligt. Die zukünftige klinische Forschung sollte einerseits im Rahmen der bei Pankreaskarzinompatienten oft erforderlichen parenteralen Ernährung auf n-6—Fettsäuren-reiche Lösungen verzichten und die Wirkungen von n-3-Fettsäuren-angereicherten Nährlösungen weiter eruieren. Andererseits muss die Wirkung von Taurolidin als intraoperativer Spüllösung bei Eingriffen an Patienten mit einem Pankreaskarzinom weiter untersucht werden. Schließlich sollte – nicht zuletzt angesichts der günstigen Nebenwirkungsprofile – in einer klinischen Phase-2-Studie die Kombination aus Gemcitabine, SOM230 und RO 28-2653 in adjuvanter und palliativer Situation geprüft werden.

Pancreatic cancer is a common tumor of the gastrointestinal tract and is associated with poor prognosis. The median survival following curative resection is about 20-22 month, in the palliative situation patients are alive only for 8-10 months. For studies concerning advanced stages of pancreatic cancer, animal models are useful. The N-nitrosobis-2-oxopropylamine-induced ductal adenocarcinoma of the pancreas in the Syrian hamster is a well- established model, which we have modified to achieve an 90% incidence of liver metastases. Therefore, the raw fat content of hamster diet has been elevated up to more than 20%, with linoleic acid as the main component. Oxidative stress as well as non-enzymatic lipid peroxidation have been detected as parts of the underlying mechanisms, shown through activity changes of the antioxidative enzymes gluthathion-peroxidase (GSH-Px) and superoxiddismutase (SOD) and through enhanced concentrations of thiobarbituric acid-reactive substances (TBARS) as lipid peroxidation marker. In the literature, tumor- depressing effects of the conjugated isoform of linoleic acid are described. Therefore we evaluated the influence of both isoforms - conjugated and conventional - on tumor growth, liver metastasis and lipid peroxidation. There was no significant difference concerning the parameters measured. Because the substances used for abdominal lavage during operative procedures in patients with pancreatic cancer could influence tumor growth, we simulated a laparoscopy using different lavage substances in the animal model. Only taurolidine, which has demonstrated tumor growth-inhibitory effects in different tumor models, could inhibit the growth of the primary tumor. The standard, sodium chlorid, as well as the somatostatin analogue, octreotide, showed no influence on tumor growth. The rate of liver metastases was not influenced at all. Octreotide is a selective somatostatin analogue, binding on the receptor subtypes 2 and 4, whereas the new analogue, SOM230, binds on all five receptor subtypes with nearly similar affinity. Therefore we compared both somatostatin analogues in the animal model. Both substances diminished the incidence of liver metastases significantly, elevated the activities of the antioxidative enzymes in the liver and decreased the amount of lipid peroxidation in the liver. Matrixmetalloproteinases have been shown to play a pivotal role in the growth and metastasis of pancreatic cancer. Furhtermore, fatty acids - for instance linoleic acid - can increase the production and release of matrixmetalloproteinases. Therefore we examined the effect of the novel matrixmetalloproteinase inhibitor, Ro 28-2653, on the liver metastasis in the animal model. Both dosages used could decrease the incidence of liver metastases as well as the concentration of the matrixmetalloproteinases 2 and 9 in the liver metastases. Future research have to clearify the role of the substances evaluated in the animal model for patients with advanced stages of pancreatic cancer.