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VerstÄrkung der radiotherapeutischen wirkung auf HeLa-Zellen durch gemcitabine

Radiosensitization of HeLa-cells by gemcitabine

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Strahlentherapie und Onkologie Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Hintergrund

Das difluorierte Deoxycytidinderivat Gemcitabine (dFdC) ist ein neues Nukleosidanalogon, das in vivo und in vitro bei soliden Tumoren zytotoxisch wirkt. In Untersuchungen mit Pankreas- und Kolonkarzinomzellinien wurde ein radiosensibilisierender Effekt von dFdC beschrieben. Ziel unserer Untersuchung war die überprüfung dieses Effekts an Plattenepithelkarzinomzellen der Zervix (HeLa-Zellen, ATCC CCL-2).

Material und Methoden

Unter standardisierten Bedingungen wurden HeLa-Zellen in Monolayer-Kulturen mit dFdC in unterschiedlicher Konzentration (0,003, 0,01 und 0,03 umol/1) und Expositionszeit (vier bis 24 Stunden) inkubiert. Die nachfolgende Bestrahlung erfolgte mit 2 bis 6 Gy unmittelbar bzw. zwölf Stunden nach durchgeführter Gemcitabine-Exposition. Das Zellüberleben wurde im Koloniebildungstest evaluiert. Die Zeilüberlebenskurven wurden nach Korrektur der chemotherapeutischen ZytotoxizitÄt unter Anwendung des linearquadratischen Modells erstellt, um die mittlere Inaktivierungsdosis (MID) berechnen zu können. Eine RadiotherapieverstÄrkung war definiert als VerhÄltnis MIDRT(=Kontrolle)/MIDRT+dFdc > 1.

Ergebnisse

Nach vier-bzw. achtstündiger Gemcitabine-Exposition und unmittelbar nachfolgender Bestrahlung errechnet sich bei einer dFdC-Dosis von 0,01 und 0,03 Μmol/l eine VerstÄrkung der radiotherapeutischen Wirkung um den Faktor 1,07 und 1,14 bzw. 1,04 und 1,22. Bei einer 16-bzw. 24stündigen dFdC-Exposition zeigt sich eine weitere Steigerung des Bestrahlungseffekts bereits für dFdC-Konzentrationen von > - 0,003 bis 0,03 umol/1 (Faktor 1,08 bis 2,0 bzw. 1,08 bis 2,48). Wird erst zwölf Stunden nach einer 24stündigen dFdC-Exposition (0,01 bzw. 0,03 umol/1) bestrahlt, betrÄgt der VerstÄrkungsfaktor 1,18 bzw. 1,7.

Schlu\folgerungen

Die In-vitro-Untersuchungen an HeLa-Zellen weisen dFdC als potenten Radiosensitizer aus. Die Wirkung der auf die Gemcitabine-Exposition nachfolgenden Radiotherapie wird durch die nicht bzw. kaum zytotoxischen dFdC-Konzentrationen dosis- und zeitabhÄngig verstÄrkt.

Abstract

Background

Gemcitabine (21).21-difluorodeoxycytidine; dFdC) is a new nucleoside analog with promising activity in different solid tumors in vivo and in vitro. As published up to now, combined with irradiation dFdC demonstrates a radio-sensitizing effect on pancreas and colon carcinoma cell lines. We investigated the influence of dFdC on the radiosensitization of human squamous carcinoma cells of the cervix (HeLa-cells, ATCC CCL-2).

Material and Methods

Under standardized conditions monolayer cultures of HeLa-cells were incubated in medium with dFdC for different times (4 to 24 hours) and exposed to different concentrations (0.003, 0.01 and 0.03 umol/1). Irradiation (2 to 6 Gy, electron beam) followed immediately or 12 hours after dFdC-exposure. Cell survival was determined by colony forming assay. Using the linear-quadratic model cell survival curves were fit after correction for drug-induced cytotoxicity and the mean inactivation dose (MID) was calculated. Radiation enhancement was defined as the ratio MIDRT(=Control)/MIDRT+dFdC > 1.

Results

Exposed to gemcitabine for 4 and 8 hours and followed by immediate irradiation the radiation enhancement ratio (Table 1) is 1.07 to 1.14 and 1.04 to 1.22, respectively, if dFdC concentration is > 0.01 to 0.03 umol/1. Further increase of the irradiation effect is demonstrated in cells exposed to > 0.003 to 0.03 imol/l dFdC for 16 and 24 hours (radiation enhancement ratio 1.08 to 2.0 and 1.08 to 2.48, respectively) (Figure 3). If irradiation is applied 12 hours after 24-hour-exposure (0.01 and 0.03 umol/1) the enhancement ratio was 1.18 and 1.7, respectively (Figure 4).

Conclusions

In cell cultures the assays combining irradiation with dFdC demonstrate that dFdC is a potent radiation sensitizer of HeLa-cells. The effect of irradiation on cells pre-treated with non- and hardly cytotoxic concentrations of dFdC is increased in dependence of dose and time of exposure.

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Authors and Affiliations

  1. Klinik für Strahlentherapie der Johann-Wolfgang-Goethe-UniversitÄt Frankfurt/Main, Germany

    Heinz D. Böttcher

  2. Klinik für Strahlentherapie der UniversitÄt, Theodor-Stern-Kai 7, D-60590, Frankfurt/Main

    Stephan Mose

Authors
  1. Stephan Mose
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  2. Martin Karapetian
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  3. Lotte Jüling-Pohlit
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  4. Brigitte Taborski
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  5. Ulla Ramm
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  6. Marc Damrau
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  7. Angelika Rahn
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  8. Heinz D. Böttcher
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Mose, S., Karapetian, M., Jüling-Pohlit, L. et al. VerstÄrkung der radiotherapeutischen wirkung auf HeLa-Zellen durch gemcitabine. Strahlenther Onkol 175, 78–83 (1999). https://doi.org/10.1007/BF02753847

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