Untersuchung der immunmodulatorischen Wirkung von 5-Fluorouracil und Gemcitabin im Panc02 murinen Modell des Pankreaskarzinoms - Brecht, Ramona; Justus Liebig University Giessen (My University, 2017)
Das exokrine Pankreaskarzinom/Bauchspeicheldrüsenkrebs rangiert als Todesursache an vierter Stelle der Krebserkrankungen und ist für ca. 6-8% aller Krebstodesfälle verantwortlich. Die Ursache liegt einerseits an dem meist fortgeschrittenen Stadium bei der Erstdiagnose und andererseits an der aggressiven Tumorbiologie mit einer frühen Metastasierung. Gegenwärtig erfolgt die konventionelle Chemotherapie mit den Standard-Chemotherapeutika 5 FU und Gemcitabin mit der maximal tolerierten Dosis. Unglücklicherweise entwickeln Tumoren in den Behandlungspausen oft Resistenzen gegen die Chemotherapeutika und machen den nachfolgenden Behandlungszyklus somit unwirksam. Trotz erheblicher Fortschritte in der Krebsforschung und der positiven Wirkung von 5 FU/Gemcitabin, ist der Erfolg der Standardtherapie unzureichend und die mittlere Überlebenszeit relativ kurz. Auf Grund der tumorinduzierten Immunsuppression des Pankreaskarzinoms, stellt die metronomische Chemotherapie eine erfolgreiche Alternative zur konventionellen Chemotherapie dar. Im Gegensatz zur konventionellen Chemotherapie (TD), wird die metronomische Chemotherapie häufig und in niedrigen (LD)/sehr niedrigen Dosierungen (ULD) ohne längere Behandlungspausen verabreicht. Dadurch werden die zytotoxischen Nebenwirkungen minimiert und die Chemoresistenzentwicklung herabgesetzt. Die metronomische Chemotherapie richtet sich nicht nur gegen den Tumor selbst, sondern vor allem gegen die Wechselwirkung zwischen Tumor und dem umliegenden Gewebe, in dem durch entzündliche Reaktionen und Förderung der Angiogenese das Tumorwachstum aufrechterhalten wird. In Anbetracht dieser Tatsachen wurden in der vorliegenden Arbeit die Auswirkung der konventionellen und metronomischen Chemotherapie mit 5 FU und Gemcitabin im Hinblick auf die immunmodulatorischen Eigenschaften in den unterschiedlichen Dosierungen im Panc02 murinen Modell des Pankreaskarzinoms durchflusszytometrisch untersucht. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass die metronomische Chemotherapie mit 5 FU und Gemcitabin die Anzahl der immunsuppressiven Zellpopulationen MDSC und Treg vor allem in der Tumormikroumgebung im Vergleich zur konventionellen Chemotherapie deutlich herabsetzt und somit der tumorinduzierten Immunsuppression entgegen wirkt. Außerdem wurde ein Zusammenhang zwischen der Anzahl der MDSC und den Zytokinen IL-10, IL-6 und TGF-beta nachgewiesen. Während unter der metronomischen Behandlung mit 5 FU in vivo in den Milzen und Tumoren jeweils viel weniger MDSC im Vergleich mit den Kontrollen und der konventionellen Chemotherapie mit 5 FU dokumentiert wurden, waren ebenso bedeutend weniger IL-10, IL-6 und TGF-beta im Blut der Mäuse zu finden. Unter der metronomischen Chemotherapie (LD und ULD) konnten in vivo in den Milzen unter 5 FU und Gemcitabin viel mehr Lymphozyten, im Vergleich mit den Kontrollen und der konventionellen Chemotherapie, durchflusszytometrisch bestimmt werden.Wie die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, sind die jeweilige Dosierung (TD, LD oder ULD) und das jeweilige Chemotherapeutikum entscheidend für den gewünschten immunmodulierenden Effekt. Die positive Auswirkung der immunmodulierenden Wirkung der metronomischen Chemotherapie mit 5 FU und Gemcitabin spiegelt sich auch im Tumorvolumen wieder. Die geringste Tumorgröße konnte unter der Behandlung mit 5 FU und Gemcitabin mit der hoch dosierten, konventionellen Chemotherapie (TD) nachgewiesen werden. Jedoch konnte unter der Behandlung mit der sehr gering dosierten Chemotherapie (ULD) mit Gemcitabin, eine fast identische Tumorgröße wie unter TD Gemcitabin erzielt werden. Zwar war die Tumorgröße unter ULD 5 FU minimal größer als unter TD 5 FU Behandlung, aber trotzdem war auch dieses Ergebnis sehr gut. Damit konnte gezeigt werden, dass unter der metronomischen Behandlung mit ULD Gemcitabin und 5 FU vergleichbare Ergebnisse mit der hoch dosierten, konventionellen Chemotherapie in Bezug auf das Tumorvolumen erreicht werden. Die Metastasierungsrate nahm unter der Behandlung mit Chemotherapie ab. Sie entsprach unter metronomischer Chemotherapie (LD, ULD) der der therapeutischen Dosierung (TD) und war unter ULD Gemcitabin sogar geringer. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen deutlich, dass sich die metronomische Chemotherapie nicht nur positiv auf den Primärtumor, sondern auch auf die Metastasierungsrate auswirkt. Die metronomische Chemotherapie stellt eine erfolgreiche Behandlungsoption für die Krebspatienten dar, die auch über längere Zeiträume durchgeführt werden kann. Sie liefert neben minimaler Zytotoxizität und geringer Chemoresistenzentwicklung, vor allem durch die immunmodulatorischen Effekte von 5 FU und Gemcitabin in niedrigen/sehr niedrigen Konzentrationen, größtenteils bessere oder genauso gute Ergebnisse bezüglich des Tumorvolumens, der Metastasierungsrate und den relevanten Immunzellpopulationen als die maximal dosierte Chemotherapie und sollte daher weiter erforscht werden.

The exocrine pancreas carcinoma/pancreatic cancer ranks at the fourth place of the cancer illnesses and is responsible for approx. 6-8% of all cancer deaths. The diagnosis is often made in an advanced stage and the tumor is aggressive with early metastasis. Currently the conventional chemotherapy with the standard chemotherapy regime 5 FU and gemcitabine occurs with the maximum tolerated dose. Unfortunately, during treatment interruption, tumors often develop resistance to chemotherapeutic agents and make the following cycle ineffective. Despite of considerable progress in the cancer research and the positive effect of 5 FU and gemcitabine, the success of the standard therapy is insufficient and the mean survival time is relatively short. Due to the tumor-induced immunosuppression of pancreatic cancer, metronomic chemotherapy provides a viable alternative to conventional chemotherapy. In contrast to conventional chemotherapy (TD), metronomic chemotherapy is administered frequently and in low dose (LD)/very low dose (ULD) without prolonged treatment breaks. Thus, the cytotoxic side effects are minimized and the chemoresistance development is reduced. The metronomic chemotherapy is not only directed against the tumor itself, but especially against the interaction between tumors and surrounding tissue, where by inflammatory reactions and promotion of angiogenesis, tumor growth is maintained. Considering these facts, the effects of conventional and metronomic chemotherapy with 5 FU and gemcitabine, in view of the immunomodulatory properties in different doses, were studied in the present study by flow cytometry in the Panc02 murine model of pancreatic cancer. It could be demonstrated that metronomic chemotherapy with 5 FU and gemcitabine reduce the number of immunosuppressive Treg and MDSC cell populations, especially in the tumor microenvironment as compared to the conventional chemotherapy and thus counteracts the tumor-induced immunosuppression. In addition, a connection between the number of MDSC and the cytokines IL-10, IL-6 and TGF-beta was detected. While under metronomic treatment with 5 FU in vivo in the spleens and tumors less MDSC were documented, compared with the controls and the conventional chemotherapy with 5 FU, there were also significantly less IL-10, IL-6 and TGF-beta found in the blood of the mice. Under the metronomic chemotherapy (LD and ULD) were much more lymphocytes determined by flow cytometry in vivo in the spleens under 5 FU and gemcitabine compared with the controls and the conventional chemotherapy.As the results show, the respective dose (TD, LD or ULD) and the respective chemotherapeutic agent is crucial for the desired immunomodulatory effect. The positive impact of the immunomodulatory effect of metronomic chemotherapy with 5 FU and gemcitabine is also reflected in the tumor volume. The smallest tumor size was demonstrated during treatment with 5 FU and gemcitabine with the high dose, conventional chemotherapy (TD). However, under treatment with very low dose chemotherapy (ULD) with gemcitabine, an almost identical tumor size, as with TD gemcitabine, was achieved. Although the tumor size under ULD 5 FU was minimally larger than under TD 5 FU, this result was also very good. Thus, it was demonstrated that under the metronomic treatment comparable results are achieved with the high-dose conventional chemotherapy in terms of tumor volume with ULD gemcitabine and 5 FU. The metastasis rate decreased under the treatment with chemotherapy and the results under therapeutic dose corresponded with the metronomic chemotherapy (LD, ULD) or even lower (ULD Gemcitabin). The present results clearly show that the metronomic chemotherapy has not only a positive effect on the primary tumor, but also to the rate of metastasis. The metronomic chemotherapy could be a successful option for the treatment of cancer patients and can be applied over longer periods of time. In addition to minimal cytotoxicity and low chemoresistance development, especially through the immunomodulatory effects of 5 FU and gemcitabine in low/very low concentrations, there are mostly better or equally good results in terms of tumor volume, metastasis rate and the relevant immune cell populations than under the treatment with the maximal tolerated dose and should therefore further be explored.
Analysis of the immunomodulatory effects of 5-fluorouracil and gemcitabine in the Panc02 murine model of pancreatic cancer
Keywords: Pankreaskarzinom; metronomische; Chemotherapie; Gemcitabin; 5-Fluorouracil; pancreatic cancer; metronomic; chemotherapy; gemcitabine; 5-fluorouracil; ddc:630