Objective: Brainstem tumors account for about 10-20% of all primary paediatric tumors in the central nervous system. Approximately 75% of all brainstem tumors in children are diffuse pontine gliomas (DIPG) and the median overall survival is less than a year. Due to its infiltrative character and anatomical location, surgical resection is not considered as therapeutic option. It was described that expression of HO-1 is associated with growth activity of cancer cells, which suggests that a specific inhibitor of HO-1, ZnPP, may work as a potent antitumor therapeutic agent. To evaluate the antitumor efficacy of PEG-ZnPP, a water soluble derivate of ZnPP, we performed studies in vitro and in vivo brainstem glioma models.
Methods: To evaluate the antitumor efficacy of PEG-ZnPP in vitro, proliferation assay on glioma cell lines C6 and F98 was performed. Based on the results of our proliferation assay, apoptotic activity using conjugate of annexin V was evaluated and cell cycle analysis was assessed. After in vitro study, we performed systemic therapy with PEG-ZnPP in rat brainstem tumor models with F98 and C6. Neurological status and survival rate was monitored.
Results: This project demonstrated that PEG-ZnPP significantly inhibits rat glioma cell proliferation and induces a significant level of apoptosis in C6 and F98 glioma cell lines, suggesting that PEG-ZnPP may represent a potential anticancer agent for brain tumors. In vivo study on rat brainstem glioma models, however, showed no differences of survival between the control group and animals receiving intravenous PEG-ZnPP therapy.
Conclusion: In contrast to in vitro studies systemic administration of PEG-ZnPP did not improve the survival on the rat brainstem glioma model suggesting that different approaches and additional animal research are required to overcome the BBB and to further investigate the potential anticancer abilities of PEG-ZnPP.
Einleitung: Tumore des Hirnstamms machen ca. 10-20% aller primären Tumoren des zentralen Nervensystems im Kindesalter aus. Zirka 75% aller Tumore im Hirnstamm sind die diffus intrinsischen Ponsgliome (DIPG) und deren mediane Lebenserwartung beträgt weniger als ein Jahr. Aufgrund des infiltrativen Charakters und deren Lokalisation kommt die Resektion als therapeutische Option nicht in Frage. Es ist bekannt, dass erhöhte Expression der HO-1 mit einem raschen Wachstum von Tumorzellen assoziiert ist, sodass eine spezifische Inhibition der HO-1 mittels PEG-ZnPP, eine wasserlösliche Form von ZnPP, als eine anti-tumorale Therapie möglich erscheinen lässt. In dieser Studie wurde antitumorale Wirkung von PEG-ZnPP innerhalb von in vitro Analyse und in vivo im Hirnstammgliom Modell bei der Ratte durchgeführt. Methoden: In der vitro Untersuchung erfolgte zur Evaluation der antitumoren Effektivität eine Proliferationsanalyse in den F98 und C6 Gliomzelllinien. Anschließend erfolgte in einer vivo Studie die Implantation von F98 und C6 Gliomzellen in den Hirnstamm der Ratte gefolgt von einer systemischen Gabe von PEG-ZnPP. Der neurologische Status und das Körpergewicht der Ratte wurden im Verlauf dokumentiert und die Überlebensrate der Tiere bestimmt. Ergebnisse: Diese Studie konnte in den in-vitro Untersuchungen die signifikante Hemmung der Gliomzell-Proliferation durch PEG-ZnPP zeigen. Demgegenüber zeigten die in-vivo Untersuchungen keine Unterschiede der Überlebensrate der PEG-ZnPP behandelten Tiere im Vergleich zu den Kontrolltieren. Schlussfolgerung: Trotz der antitumoralen Wirkung von PEG-ZnPP in vitro zeigte die systemische Applikation im Hirnstammgliom Modell keine überlebensverlängernde Wirkung der Ratte. Am ehesten scheint die Blut-Hirn-Schranke eine relevante Barriere für PEG ZnPP zu sein welches diese Diskrepanz erklären könnte. Als Herausforderung bleibt neue Versuchsverfahren zur Überwindung der Blut-Hirn-Schranke zu finden, um die antitumore Wirksamkeit von PEG-ZnPP in-vivo testen zu können.
