Background: Cancer stem cells (CSCs) are quiescent and slow-cycling cell populations with increased tumorigenicity, unlimited self-renewal ability, and multipotent capacity. They present an explanation for the recurrence and metastasis of cancer. Aldehyde dehydrogenase (ALDH) is a widely accepted CSC marker. Disulfiram (DSF), which is an inhibitor of ALDH, is inexpensi- ve, accessible worldwide, and an approved drug. It is a potentially novel chemotherapeutic agent targeting CSCs. Methods: The cytotoxic effect of DSF on ovarian cancer cells was demonstrated by MTT assay. Spheroid formation, colony formation, and ALDH activity assay were performed to investigate the inhibitory effect on ovarian cancer stem cells. Cell cycle, cellular apoptosis, and intracellular reactive oxygen species (ROS) were detected by flow cytometry to further explore the mechanis- m of DSF. The potential of DSF in combination with other chemotherapeutic agents for ovarian cancer treatment was quantitatively assessed. Results: DSF displayed dose-dependent and time-dependent cytotoxic effects on ovarian cancer cells, and Cu2+ significantly enhanced the cytotoxicity. DSF with or without Cu2+ significantly inhibited spheroid formation. The average number of spheroids per 200 seeded cells was reduced from 71 to 0 in IGROV1; 16 to 0 in SKOV3; 38 to 0 in SKOV3IP1 (P<0.01) in controls and treated cells, respectively. Colony formation capacity was reduced from around 700 cfu in controls to 200 cfu in SKOV3 cell line and from around 1000 cfu to 500 cfu in IGROV1 and SKOV3IP1 cell lines (P<0.05). ALDH activity expressed as the proportion of ALDH+ cells was reduced from 21.7% to 0.391% in IGROV1; 8.4% to 0 in SKOV3; 6.88% to 0.05% in SKOV3IP1 (P<0.05). DSF induced more intracellular ROS generation in a dose-dependent manner and typically triggered cellular apoptosis. DSF sensitized cisplatin treatment on ovarian cancer cells even at its low concentration (0.3 μM) and significantly enhanced cisplatin-induced cellular apoptosis. DSF showed synergistic effects combined with cisplatin as well as DSF/cisplatin/paclitaxel drug combinations. The concentration of each chemotherapeutic agent in the combinations could be reduced up to hundreds-fold due to this synergistic effect. Conclusion: Our findings provided strong evidence that DSF modulates ALDH activity and intracellular ROS generation and is enhanced by the addition of Cu2+. It could be a noval candidate adjuvant chemotherapeutic agent in ovarian cancer treatment. Our results indicate synergistic effects of DSF when used in combination with other chemotherapeutic agents, offering hope for patients undergoing traditional chemotherapy who are in dire need of novel treatments that could reduce adverse side effects due to high doses.
Hintergrund: Tumorstammzellen (engl. Cancer stem cells, CSC) sind proliferativ quieszente and langsam proliferierende Zellpopulationen mit erhöhter Tumorigenität, unbegrenzter Selbsterneuerungskapazität und multipotenter Plastizität. Sie stellen eine Erklärung für die Wiedererkrankung an und Metastasierung von Krebs dar. Aldehyddehydrogenase (ALDH) ist ein allgemein akzeptierter CSC Marker. Disulfiram (DSF) ist ein Inhibitor von ALDH, ist billig, weltweit verfügbar und ein zugelassenes Medikament. Potentiell ist es ein neues chemotherapeutisches Agens für CSC. Methoden: Der zytotoxische Effekt von DSF auf Ovarialkarzinomzellen wurde durch MTT Test gezeigt. Spheroidbildung, Koloniebildung und ALDH Aktivitätstests wurden durchgeführt, um den inhibitorischen Effekt auf Ovarialkarzinomstammzellen zu untersuchen. Zellzyklus, Apoptose und intrazelluläre reaktive Sauerstoffspezies (ROS) wurden mittels Durchflußzytometrie gemessen, um die Wirkmechanismen von DSF weiter zu untersuchen. Mögliche Wirkungen von DSF in Kombination mit anderen Chemotherapiewirkstoffen für Ovarialkarzinombehandlung wurden quantitativ bestimmt. Ergebnisse: DSF zeigte dosisabhängige und zeitabhängige zytotoxische Effekte auf Ovarialkarzinomzellen, und Cu2+ verstärkte die Zytotoxizität signifikant. DSF mit oder ohne Cu2+ inhibierte die Spheroid-Bildung signifikant. Die durchschnittliche Anzahl von Spheroiden pro 200 ausgesäter Zellen wurde in IGROV1 Zellen von 71 auf 0 reduziert; 16 auf 0 in SKOV3 Zellen; 38 auf 0 in SKOV3IP1 Zellen (P<0.01), jeweils in Kontroll- und in behandelten Zellen. Koloniebildungsfähigkeit wurde von ca. 700 cfu in Kontrollzellen auf 200 cfu in SKOV3 Zellen und von ca. 1000 cfu auf 500 cfu in IGROV1 und in SKOV3IP1 Zellen reduziert (P<0.05). ALDH Aktivität, ausgedrückt als der Anteil von ALDH+ Zellen, wurde von 21.7% auf 0.391% in IGROV1; 8.4% auf 0 in SKOV3; 6.88% auf 0.05% in SKOV3IP1 (P<0.05) reduziert. DSF induzierte mehr intrazelluläres ROS in einer dosisabhängigen Weise und löste typischerweise Apoptose aus. DSF sensibilisierte Ovarialkarzinomzellen für Cisplatin-Behandlung sogar bei niedrigen Konzentrationen (0,3 μM) und erhöhte Cisplatin-induzierte Apoptose signifikant. DSF zeigte synergistische Effekte in Kombination mit Cisplatin wie auch mit DSF/Cisplatin/Paclitaxel Kombinationen. Die Konzentration eines jeden Chemotherapeutikums konnte in den Kombinationen bis zu 100-fach reduziert werden, Dank des synergistischen Effekts. Schlußfolgerung: Unsere Ergebnisse liefern starke Hinweise darauf, dass DSF die ALDH Aktivität und intrazelluläre ROS Generierung moduliert, was durch die Zufügung von Cu2+ verstärkt wird. Es könnte ein Kandidat für ein neues adjuvantes Chemotherapeutikum für Ovarialkarzinombehandlung sein. Unsere Ergebnisse zeigen synergistische Effekte von DSF in Kombination mit anderen Chemotherapeutika auf, was Hoffnung für traditionelle Chemotherapiepatienten gibt, die einen dringenden Bedarf an neuen Behandlungsoptionen haben, welche unerwünschte Nebenwirkungen durch hohe Dosierung reduzieren könnte.
