Einfluß des Pneumoperitoneums in der Minimal-Invasiven-Chirurgie auf Zelloberflächenmoleküle von Kolonkarzinomzellen: Eine in-vitro und in-vivo Studie mit Molekularbiologischen und Rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen

Abstract

Die laparoskopische Behandlung intraabdomineller Malignome ist immer noch überschattet von der potentiellen Gefahr, die durch eine Tumorzellverschleppung in die Inzisionen droht. Dabei gibt es Hinweise, dass das für die Laparoskopie benötigte Pneumoperitoneum Konditionen schafft, die für das Tumorwachstum und die Tumormetastasierung vorteilhaft erscheinen. Umfangreiche Berichte von größeren klinischen Serien weisen jedoch darauf hin, dass die Inzidenz an Trokarmetastasen in der laparoskopischen Chirurgie sehr wahrscheinlich weniger als 1% beträgt. Diese Beobachtungen decken sich mit einer erst kürzlich veröffentlichten prospektiv, randomisierten Studie, die zeigen konnte, dass im Vergleich zur konventionellen Kolonchirurgie die laparoskopische Chirurgie zu keinem verstärktem Tumorwachstum führt. Trotz dieser ermutigenden Daten bleiben grundlegende Fragen bezüglich einer möglichen Stimulierung des Tumorwachstums in der Laparoskopie weiterhin unbeantwortet. Deshalb sollen in dieser Arbeit drei tumorphysiologische Fragen beantwortet werden, die eine wichtige Rolle im Bereich der Tumorbiologie haben könnten. Zunächst wird in einem in-vivo Modell untersucht, ob durch die Laparoskopie das Peritoneum von Ratten geschädigt wird. In einem in-vitro Experiment wird untersucht, ob Kohlendioxid, Helium und Druck die Expression von Adhäsionsmoleküle auf Tumorzellen soweit verändern, dass das metastatische Verhalten bzw. das Tumorwachstum der Zellen modifiziert wird. In einem zweiten in-vitro Experiment wird untersucht, ob durch das Pneumoperitoneum das intrazelluläre Kalzium in Tumorzellen soweit verändert wird, daß auch hier eine Veränderung des Zellwachstums hervorgerufen werden könnte. Interessanterweise zeigt unsere in-vivo Studie, dass das Pneumoperitoneum mit den Insufflationsgasen CO2 oder Helium und einem intraabdominellen Druck von 15 mmHg keine Veränderung der morphologischen Struktur des Peritoneums verursacht. Die Adhäsionsmoleküluntersuchungen zeigen kein einheitliches Bild. Es fällt jedoch auf, dass Kohlendioxid einen größeren Einfluss auf die Expression der einzelnen Adhäsionsmoleküle im Vergleich zu Helium hat. Helium bewirkt weder auf E-Cadherin, noch auf CD44-v6 und ICAM-1 einen signifikanten Einfluß. Im Gegensatz dazu scheint Kohlendioxid die Expression der einzelnen Moleküle stärker zu modifizieren. In allen Fällen kommt es eher zu einer Reduktion der Expression von Adhäsionsmolekülen. In unserer letzten Versuchsreihe zeigt sich, dass Kohlendioxid zu einem signifikanten Anstieg des intrazellulären Kalziums in der Tumorzelle führt. Helium dagegen hat keinen Einfluss auf den intrazellulären Kalziumgehalt. Auch hier deutet sich an, dass Kohlendioxid einen stärkeren Einflußs auf die Zellen hat als Helium und somit möglicherweise spezifische Zellmechanismen durch den intrazellulären Kalziumeinstrom beeinflusst. Insgesamt schlussfolgern wir, dass das Pneumoperitoneum mit Kohlendioxid zwar den strukturellen Aufbau des Peritoneums nicht verändert, molekularbiologisch und physiologisch doch in die Funktion der Tumorzelle eingreift. Ob dies allerdings auf die klinische Realität einen Einfluß hat, lässt sich zur Zeit noch nicht eindeutig evaluieren.

Laparoscopic treatment of intraabdominal malignancies has always been shadowed by the potential risk of tumor metastasis in the trocar sites. According to previous reports, the pneumoperitoneum which is necessary for laparoscopy could create the right environment promoting tumor growth and metastasis. Yet other reports based on large clinical studies give an incidence of trocar metastasis in laparoscopy lower than 1%. These reports are consistent with the results of a lately published prospective randomised study, which showed that laparoscopic colon surgery does not lead to a higher tumor growth compared to conventional surgery. Despite these reports basic questions concerning the potential stimulation of the tumor growth after laparoscopic surgery remain unclear. In these terms the current study tried to answer three questions about the tumor physiology, which could play a significant role in tumor biology. In an animal model it was initially evaluated whether laparoscopy harms the peritoneal structure in rats. In an in-vitro experiment we additionally analysed whether CO2 or Helium influence the expression of adhesion molecules on tumor cells in a way promoting the metastatic behaviour or growth of tumors. In a second in-vitro experiment the effects of pneumoperitoneum on intracellular Calcium were determined in tumor cells. Interestingly our in-vivo study showed that the pneumoperitoneum with CO2 or Helium up to an intraabdominal pressure of 15 mmHg does not affect the morphological structure of peritoneum. Studies of adhesion molecules show conflicting results. It is impressing though, that CO2 affects the expression of adhesion molecules stronger than Helium. Helium has no significant influence either on E-Cadherin, or on CD44-v6 and ICAM-1, while CO2 seems to modify the expression of several molecules. In all cases a reduction in the expression of adhesion molecules was observed. In our last experiment we observed a CO2 mediated strong increase of the intracellular calcium concentration in the tumor cells. Again no influence was observed with the use of Helium. Therefore CO2 affects cells more strongly than Helium possibly stimulating several intracellular mechanisms related to the intracellular calcium stream. In summary, CO2 pneumoperitoneum does not affect the structural morphology of the peritoneum but does modify molecular and physiological functions of tumor cells. At the moment it remains unclear, whether these observations could have any clinical implications. This has to be further examined with additional clinical studies.