Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Experimetelle Untersuchung von Doxorubicin und Irinotecan geladenen Mikrosphären für die intratumorale Behandlung von malignen Gliomen im Rattenmodell

Freund, Ina

The annual incidence of malignant brain tumors is 2-3 / 100.000. 50-60% of these tumors are histological diagnosed as glioblastoma (GBM) which is the biologically most aggressive form of gliomas. GBM occurs most frequently with elderly people and its prognosis is unfavourable despite therapy. The average time of survival is merely between 9-12 months. Surgical resection, radiotherapy as well as chemotherapy are therapeutical options. The diffuse-infiltrating growth of the tumor prevents the total surgical resection, which always results in relapse. Surgical intervention should be followed by radiation and an adjuvant chemotherapy. So far systemic chemotherapies have had doubtful results. In this context overcoming the blood-brain-barrier has been an essential problem. In order to achieve a sufficient concentration of the active agent in the tumor tissue relatively high systemic dosis are neccessary, which, however, often leads to inacceptable side effects. Local therapy is a new promising therapy of malignant glioma. The advantage of intracranial treatment is bypaning of the BBB and achieving high local concentrations of active agents directly within the tumor tissue, without the need of high systemic concentrations of the agent. This study is aimed at examining the effectiveness of microspheres releasing doxorubicin and irinotecan for the treatment of malignant glioma after stereotactic implantation by using rats as experimental animals. The microspheres (DC Beads®, Biocompatibles, Farnham, UK) were initially developed for the intraventional treatment of metastasized liver tumors. Up to now they have never been examined for an application in the central nervous system. For this reason the biocompatibility of microspheres after implantation into the brain was prooved before examining the effectiveness. After that the toxicity of microspheres loaded with cytostatica was examined. The effectiveness of testing was carried out with 1 µl Beads. A syngenious tumor model consisting of BDIX-rats and BT4Ca-glioma cells was used for the efficacy testing. The animals were divided in four groups. Group 1 (BT4Ca only) did not receive microspheres, group 2 received empty microspheres (PVA-Beads). Doxorubicin releasing microspheres (Dox-Beads) were implantated in group 3 whereas group 4 received irinotecan releasing microspheres (Irino-Beads). The implantation was carried out 7 days after the tumor-cell-inocculation. Animals were euthanized according a scoring system meaning the general condition and neurological symptoms of the animals. The efficacy of the microspheres is presented in survival time statistics. Both groups treated with cytostatics survived significantly longer in comparison to the untreated animals and those treated with PVA-Beads. The histological examination confirmed the anticarcinogenic effect of the cytostatics. The PVA-Beads did not show any influence on the tumor development. This study shows for the first time the effectiveness of cytostatics loaded microspheres (DC Beads®) for the treatment of brain tumors. The experimental examinations were documented and carried out according to GLP conditions. Therefore the acquired data can be used for the admission of a clinical phase-I-study.

Die jährliche Inzidenz maligner Hirntumore liegt bei 2-3 / 100 000 Einwohner. 50-60% dieser Neoplasien sind Glioblastome, welches die biologisch aggressivste Form aller Gliome darstellt. Das GBM tritt am häufigsten bei älteren Menschen auf und hat trotz Therapie eine infauste Prognose. Die mittlere Überlebenszeit liegt lediglich zwischen 9-12 Monaten. Therapeutische Optionen sind die chirurgische Resektion, Radiotherapie sowie die Chemotherapie. Das diffus-infiltrierende Wachstum des Tumors verhindert die chirurgische Totalresektion, so dass es immer zu einem Rezidiv kommt. Es sollten deshalb im Anschluss der chirurgischen Interventionen eine Bestrahlung sowie eine adjuvante Chemotherapie folgen. Systemische Chemotherapien brachten bisher nur zweifelhafte Erfolge. Die Überwindung der Blut-Hirn-Schranke stellte dabei das wesentliche Problem dar. Um eine ausreichende Wirkstoffkonzentration im Tumorgewebe zu erreichen, sind relativ hohe systemische Dosen notwendig, die dann aber oft zu inakzeptablen Nebenwirkungen führen. Ein neuer Therapieansatz zur Behandlung maligner Gliome ist die lokale Chemotherapie. Vorteil der intrakraniellen Behandlung ist die Umgehung der BHS und das Erreichen hoher lokaler Wirkstoffkonzentrationen direkt im Tumorgewebe, ohne dass dabei hohe systemische Wirkstoffkonzentrationen nötig sind. Ziel dieser Arbeit war es, die Wirksamkeit von Doxorubicin und Irinotecan freisetzenden Mikrosphären zur Behandlung maligner Gliome im Rattenmodell nach stereotaktischer Implantation zu untersuchen. Die Mikrosphären (DC Beads®) der Firma Biocompatibles wurden ursprünglich für die interventionell-radiologische Behandlung metastasierter Lebertumoren entwickelt und bisher noch nie zur Anwendung im ZNS untersucht. Deshalb wurde im Rahmen dieser Arbeit, vor der Untersuchung der Wirksamkeit, die Biokompatibilität der Mikrosphären nach Implantation in das Gehirn gezeigt. Anschließend wurde die Toxizität von Mikrosphären, die mit Zytostatika geladen sind, untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass die Dosis von 1 µl Beads-Volumen zur Untersuchung der Wirksamkeit am geeignetsten war. Für die Wirksamkeitsuntersuchungen wurde ein syngenes Tumormodell, bestehend aus BDIX-Ratten und BT4Ca-Gliomzellen, verwendet. Dafür wurden die Tiere in vier Gruppen aufgeteilt. Gruppe 1 (nur BT4Ca) erhielt keine Mikrosphären-Implantation, Gruppe 2 NaCl freisetzende Mikrosphären (PVA-Beads), Gruppe 3 wurden Doxorubicin freisetzende Mikrosphären (Dox-Beads) und Gruppe 4 Irinotecan freisetzende Mikrosphären (Irino-Beads) implantiert. Die Implantation erfolgte 7 Tage nach Tumorzellinokulation. Die Tiere wurden zum Zeitpunkt des Auftretens einer eindeutigen Tumorsymptomatik euthanasiert. Die Darstellung der Wirksamkeit erfolgt durch die Erstellung einer Überlebenszeit-Statistik. Dabei zeigten beide mit Zytostatika behandelten Gruppen ein signifikant verlängertes Überleben im Vergleich zu den unbehandelten und mit PVA-Beads behandelten Tieren. Die histologischen Untersuchungen bestätigten die antikanzerogene Wirkung der Zytostatika. Die PVA-Beads zeigten keinerlei Einwirkungen auf das tumoröse Geschehen. Es konnte in dieser Untersuchung das erste Mal die Wirksamkeit von mit Zytostatika beladenen Mikrosphären (DC Beads®) für die Behandlung von Hirntumoren gezeigt werden. Die experimentellen Untersuchungen wurden GLP konform dokumentiert und durchgeführt, so dass die erhobenen Daten für die Zulassung einer klinischen Phase-I-Studie verwendet werden können.

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Freund, Ina: Experimetelle Untersuchung von Doxorubicin und Irinotecan geladenen Mikrosphären für die intratumorale Behandlung von malignen Gliomen im Rattenmodell. Hannover 2008. Tierärztliche Hochschule.

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