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Schwerdt, Alenka Christiane (2007): Hyperthermie zur tumorgerichteten Therapie mit Liposomen und Gentransferkomlexen im Tiermodell. Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

Despite various approaches of cancer treatment, side effects due to the missing tumour selectivity are still dose limiting and result in inefficient therapy outcome. Local hyperthermia of tumour tissue is crucial to increase the efficiency of common therapies and already made its way to clinical application. To further increase efficiency and specificity of antitumoural treatments and to decrease toxicity, thermosensitive carriers with a phase transition temperature designed for hyperthermic applications were developed. After systemic application of thermosensitive PVP-polyplexes in Neuo2A tumour bearing mice combined with hyperhermia treatment a significantly higher and more selective gene expression was found in hyperthermia treated tumours. Combination of PVP10-polyplexes and hyperthermia showed a high specifity on tumours whereas the treatment was less efficent compared to systemic application of PVP10 without hyperthermia. Furthermore, efficiency and specificity correlated with tumor size, showing higher but less specific reporter gene expression in larger tumours. Histology showed that PVP-polyplexes are associated to tumour endothelium which probably decreased the uptake into the tumour tissue and resulted in lower efficiency. In conclusion, despite established non viral gene transfer polyplexes the evaluated PVP-polyplexes are remarkably specific when combined with hyperthermia. Further experiments are on their way to enlighten the mechanism of thermosensitive polyplexes and to optimise efficiency of treatment. To determine the effect of hyperthermia on clinically used chemotherapeutics BFS-1 tumour bearing mice were treated with liposomal and free doxorubicin at hyperthermic and normothermic conditions. No effect on tumour growth was observed by hyperthermia alone. The combination of free doxorubicin with hyperthermia showed a synergistic effect and resulted in a significant tumour growth delay compared to chemotherapy alone or controls. Hyperthermia increases the efficiency of free doxorubicin via changing the physiological properties of tumour tissue. However, liposomal doxorubicin out rated the hyperthermia effect due to increased plasma circulation time. Nevertheless hyperthermia is a promising approach to increase the efficiency of chemotherapeutic drugs. An in vivo toxicity study of liposomal HePC did not show any side effects. Because of HePC integration into the lipid membrane a systemic application of the usually haemolytic drug is possible. After the treatment with HePC-TSL and hyperthermia a significant increase of HePC concentration was found in hyperthermia treated tumours. However, due to low drug levels or study design no effect on tumour growth was detected. Further studies will focus on the addition of hydrophilic drugs within the core of HePC-TSL and therefore enrich two synergistic drugs in hyperthermia treated tumor tissue. The development of thermosensitive carriers might be a very promising improvement of cancer treatment. Combined with hyperthermia those carriers result in a specific, local enrichment of drugs in targeted tissues.

Abstract

Trotz der vielen verschiedenen Möglichkeiten der Krebstherapie stellen die durch fehlende Tumorselektivität ausgelösten Nebenwirkungen immer noch einen dosislimitierenden Faktor dar. Dies hat eine geringe Wirkungseffizienz zur Folge. Ein sich bereits in der klinischen Anwendung befindlicher Ansatz zur Steigerung der Effizienz von bestehenden Therapien ist die lokale Behandlung von Tumoren mit Hyperthermie. Um nicht nur die Effizienz, sondern auch die Spezifität der Behandlung zu verbessern und die Nebenwirkungen zu verringern, ist die Entwicklung von thermosensitiven Transportsystemen, mit einer Phasenumwandlungstemperatur im Bereich der Temperaturen von klinisch angewendeter Hyperthermie, Gegenstand der Forschung. Nach systemischer Applikation von thermosensitiven PVP-Polyplexen in Neuro2A tumortragenden Mäuse wurde in Kombination mit Hyperthermiebehandlung eine signifikant höhere Reportergenexpression in hyperthermierten Tumoren gemessen. Die Kombinationstherapie von PVP10-Polyplexen und Hyperthermie zeichnet sich durch eine hohe Tumorspezifität aus, wobei die Expressionseffizienz jedoch geringer ist, als nach systemischer Applikation von PVP10 ohne darauf folgende Hyperthermiebehandlung. Außerdem wurde ein Zusammenhang zwischen der Expressionseffizienz und Spezifität in Abhängigkeit von der Größe der Tumoren festgestellt. Große Tumoren zeigen zwar hohe Expressionsraten, diese sind allerdings unabhängig von der Behandlung mit Hyperthermie. Bei histologischen Untersuchungen wurde eine Endothelassoziation der aggregierten PVP-Polyplexe festgestellt, wodurch ihre Aufnahme ins Tumorgewebe erschwert wird, was eine niedrigere Effizienz zur Folge hat. Verglichen mit etablierten nicht viralen, nicht thermosensitiven Gentransfersystemen wurde eine selektive Anreicherung von thermosensitiven Gentransferkomplexen im hyperthermierten Tumorgewebe beobachtet. Weitere Untersuchungen sind geplant, um den Mechanismus der thermosensitiven Polyplexe zu untersuchen, die Behandlung zu optimieren und somit die Expressionseffizienz zu steigern. Zur Untersuchung des Hyperthermieeffekts auf sich in der klinischen Anwendung befindliche Chemotherapeutika im BFS-1 Tumormodell wurden die Tiere mit liposomalem und freiem Doxorubicin mit Hyperthermie und Normothermie behandelt. Dabei wurde kein alleiniger Effekt der Hyperthermiebehandlung auf das Tumorwachstum festgestellt. Die Behandlung mit freiem Doxorubicin in Kombination mit Hyperthermie zeigte einen synergistischen Effekt und resultierte in einer signifikant längeren Wachstumsverzögerung als die Behandlung ohne Hyperthermie oder mit physiologischer Kochsalzlösung. Nach der Gabe von liposomalem Doxorubicin wurde unabhängig von der Hyperthermie eine signifikante Wachstumsverzögerung gegenüber allen anderen Gruppen beobachtet. Hyperthermiebehandlung steigerte die Effektivität von freiem Doxorubicin durch Änderung der physiologischen Eigenschaften des Tumorgewebes. Dennoch war die Wachstumsverzögerung nach Gabe von liposomalem Doxorubicin durch die verlängerte Plasmahalbwertszeit auch ohne Hyperthermiebehandlung effizienter. Die Anwendung von Hyperthermie stellt einen viel versprechenden Ansatz für die Steigerung der Effizienz von herkömmlichen Chemotherapeutika dar. In einer durchgeführten Toxizitätsstudie wurde keine toxische Wirkung von lipsomalem HePC in vivo beobachtet. Durch die Integration von HePC in die Lipidmembran von thermosensitiven Liposomen ist eine systemische Applikation des sonst hämolytischen Wirkstoffs möglich. Nach der Behandlung mit HePC-TSL in Kombination mit Hyperthermie wurde eine signifikant höhere HePC-Konzentration im hyperthermierten Tumorgewebe gemessen. Dennoch konnte in einer therapeutischen Studie nach Behandlung mit HePC-TSL und Hyperthermie keine Wirkung auf das Tumorwachstum beobachtet werden. Dies könnte sowohl mit dem niedrigen Wirkstoffspiegel als auch mit dem gewählten Studiendesign in Zusammenhang stehen. Die Entwicklung von thermosensitiven Trägersystemen stellt einen viel versprechenden Ansatz zur Verbesserung der Krebstherapie dar. In Kombination mit Hyperthermiebehandlung ermöglichen sie sowohl eineSteigerung der Spezifität als auch eine lokale Anreicherung von Substanzen im Zielgewebe.