Effects of hyperthermia combined with chemotherapy on head and neck cancer cells

Hintergrund und Ziele: Die hier vorgestellte Arbeit, „Die Effekte von Hyperthermie in Kombination mit Chemotherapie gegen Krebszellen aus dem Hals-Nasen-Ohren Bereich“, soll die Auswirkung von drei hyperthermischen Temperaturen (42°C, 45°C und 47°C) auf diverse HNO-Krebszellen mit und ohne Zugabe von Zytostatika (Cisplatin, Docetaxel und Mitoxantron) untersuchen. Die hohe Prävalenz von HNO-Krebs als Ganzes und die seit Jahren gleichbleibende 5-Jahren Überlebensrate machen die Erforschung von effektiven und noch nebenwirkungsarmen Therapien wie der Hyperthermie besonders relevant. Vielversprechende Ergebnisse aus diesem Projekt könnten als Grundlage von weiteren Studien mit superparamagnetischen Eisenoxidnanopartikeln (SPIONs) dienen, da diese eine lokale Applikation der Hyperthermie, sowie der Chemotherapeutika erlauben. Darüber hinaus ist es bekannt, dass HNO-Krebszellen arznei- und hitzeresistent werden können, indem sie Hitzeschockproteine (HSPs) hochregulieren, bspw. HSP60, HSP70 und HSP90. Dieses Phänomen ist ebenfalls von Interesse für die vorliegende Arbeit. Abschließend wurden auch die vermuteten HSP inhibierenden Effekte vom antidiabetischen Metformin in einem weniger umfassenden Maß untersucht. Methoden: Die Zellproliferation wurde mithilfe von IncuCyte® Live Cell Analysis Assays untersucht, die Änderungen in der Zellkonfluenz 144 Stunden lang verfolgen (6 Tage). HSP Expression wurde mit Western Blots gemessen, und zwar bei 37°C, 42°C, 45°C und 47°C. Weiterhin wurden fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen bei 37°C und 42°C für alle drei genannten HSPs angefertigt. Die gleichen Methoden wurden für einige von den Zelllinien nach Zugabe von Metformin durchgeführt. Es wurden vier immortalisierte Zelllinien benutzt, nämlich A-253, Detroit562, FaDu und SCC-9, sowie zwei primäre Linien namens pdSCC-1 und pdSCC-2, beide wurden von der HNO-Klinik in Erlangen gespendet. Ergebnisse und Beobachtungen: Die erste Hyperthermiestufe (42°C) hatte alleine generell gesehen keinen signifikanten Effekt auf die Zellproliferation und auf die bei 37°C gemessenen Wirkungsstärken der drei Zytostatika. Auf der anderen Seite hat 47°C immer zum Zelltod geführt, sowohl alleine, als auch in allen getesteten Kombinationen, wie den IncuCyte® Aufnahmen zu entnehmen ist. Dies legt nahe, dass in letzterem Fall die Hyperthermie die Hauptrolle in der Reduktion der Zellkonfluenz gespielt hat, und nicht die zugegebenen Chemotherapeutika. Einzelne Zellen aus jeder der vier immortalisierten Linien konnten sich jedoch auch nach 47°C gegen Ende der Beobachtungszeit erholen. A-253, Detroit562 und FaDu zeigten eine Tendenz, sich bei höheren Temperaturen vom Boden der Kulturflaschen abzulösen, mit möglicher nachfolgender Wiedererlangung der Adhärenz. Cisplatin und Mitoxantron zeigten verstärkte Wirkung bei 45°C in bestimmten Fällen. Interessanterweise hat der Hitzeschock Docetaxel wenig bis nicht beeinflusst, und das bei jeder Hyperthermiestufe. Die beobachteten Effekte waren abhängig von der Zellkonfluenz vor Applikation der Therapie und von der benutzten Arzneimitteldosis. Die Ergebnisse der Metforminversuche waren weniger einleuchtend, da keine Replikate durchgeführt werden konnten. Trotzdem wurde eine Einschränkung der Expression von HSP60, HSP70 und HSP90 in A-253 Zellen sowohl bei 37°C registriert, als auch bei 42°C. Metformin alleine zeigte auch je nach Dosis einen antiproliferativen Effekt in allen vier immortalisierten Linien, und verstärkte die Wirkung von den Zytostatika bei 42°C und 45°C in manchen Fällen. Schlussfolgerungen: Die Kombination von Hyperthermie mit Cisplatin oder Mitoxantron erscheint als eine vielversprechende Therapiemodalität für HNO-Krebs, jedoch nur bei höheren Temperaturen (≥45°C). Dass sich manche Zellen durch die Hyperthermie ablösen und später an einer anderen Stelle wieder adhärent werden können, sollte in weiteren Studien berücksichtigt werden, da dieses Phänomen eventuell eine unerwünschte Krebszellmigration und Metastasierung ermöglichen könnte. Die Zugabe von Metformin zur üblichen Therapie könnte in manchen Fällen von Nutzen sein, was ebenfalls weiterhin untersucht werden sollte. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass HNO-Krebszellen unterschiedlich auf Hyperthermie und Zytostatika reagieren, was ihre Vielfalt betont und dazu zeigt, wie wichtig eine molekulare Stratifizierung vor einer Therapie sein könnte.