Wirksamkeit und Toxizität von Krebstherapeutika : Berücksichtigung des First-Pass-Effekts anhand eines Co-Kultursystems von Tumor- und Leberzellen

Autor: Nowak, Elisabeth
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2023
Předmět:
DOI: 10.26127/btuopen-6081
Popis: The conversion of many drugs into toxic or less toxic metabolites depends on the first-pass effect of the liver. Toxic metabolites are associated with drug-induced liver injury, often causing liver failure. Thus, therapies often have to be interrupted despite a promising drug effect. The development of an improved drug metabolism model consisting of liver-derived CYP3A4-overexpressing cells and tumour cells should be used to study drugs in vitro for their efficacy on tumour cells considering the first-pass effect. Two different co-culture system approaches were tested (transwell insert-based and liver cell supernatant transfer) with HepG2 CYP3A4 cells, originally derived from a tumor characterized by genetic instability, serving as an in vitro liver cell model for establishment. PANC-1 cells (pancreatic cancer) or MCF-7 cells (breast cancer) were used as prototypical tumour cell lines. For cell treatment, three PANC-1 or MCF-7 active drugs MG-132 (MG), Taxol (TX) and Tamoxifen (TAM), were used as these drugs are inactivated (MG and TX) or activated (TAM) by the liver first-pass effect. Three widely used cytotoxicity assays (XTT-, CellTiter-Glo™ 2.0-, and trypan blue exclusion assay) were used to determine acute cytotoxicity to both liver and tumour cells. For co-culture validation, HepG2 CYP3A4 cells were replaced by CYP3A4-overexpressing immortalized primary-like hepatocytes, the FH3 CYP3A4 cells, representing the human liver cell model more closely. Finally, in a pilot project, primary colon carcinoma cells (pCC-cells) were tested along with HepG2 CYP3A4 and MG. The use of co-cultures with HepG2 CYP3A4 showed, that first-pass metabolism of MG resulted in reduced cytostatic effects in PANC-1 cells. The TX-induced cytotoxic effect on PANC-1 and MCF-7 cell lines is only slightly attenuated by the first-pass effect. Activation of TAM with FH3 CYP3A4 liver cells in indirect co-culture with transwell inserts most efficiently enhanced the cytotoxic effect on MCF-7 cells. In contrast, the use of HepG2 CYP3A4 proved to be insufficient. PCC-cells were affected by MG in MC in a dose-dependent manner. Using co-culture systems with HepG2 CYP3A4 cells, colon cancer cells were clearly protected from MG up to a concentration of 2 μM. In conclusion, first-pass effect could be simulated in vitro in MG- and TX-treated PANC-1 cells and TX-treated MCF-7 cells as well as on MG-treated pCC-cells using HepG2 CYP3A4 cells. Obtained results with PANC-1 and MCF-7 could be validated with FH3 CYP3A4 cells. However, demonstration of the first-pass effect using different end-point measurement methods yielded different results and further studies are needed for definite conclusions.
Die Umwandlung vieler Arzneimittel in toxische oder weniger toxische Metabolite hängt vom Leber First-Pass-Effekt ab. Toxische Metabolite werden mit arzneimittelinduzierten Leberschäden assoziiert, die häufig zu Leberversagen führen. Oft müssen Therapien trotz vielversprechender Wirkung unterbrochen werden. Ein Co-Kultur (CC) Modell, bestehend aus CYP3A4-überexprimierenden Leberzellen und Tumorzellen, wurde entwickelt, um die Arzneimittelwirksamkeit auf Tumorzellen in vitro zu untersuchen unter Berücksichtigung des First-Pass-Effekts. HepG2 CYP3A4-Zellen, welche ursprünglich aus einem Tumor stammen, der sich durch genetische Instabilität auszeichnet, dienten als in-vitro-Leberzellmodell zur Etablierung zweier verschiedener CC-Systeme (Transwell-Insert-basiert und Leberzell-Überstand-Transfer). PANC-1-Zellen (Bauchspeicheldrüsenkrebs) oder MCF-7-Zellen (Brustkrebs) wurden als Tumorzelllinien verwendet. Für die Zellbehandlung wurden drei PANC-1- bzw. MCF-7-wirksame Stoffe MG-132 (MG), Taxol (TX) und Tamoxifen (TAM) verwendet, welche durch den First-Pass-Effekt inaktiviert (MG und TX) bzw. aktiviert (TAM) werden. Drei Zytotoxizitätstests (XTT-, CellTiter-Glo™ 2.0- und Trypanblau-Ausschluss-Assay) wurden herangezogen, um die akute Zytotoxizität für Leber- und Tumorzellen zu bestimmen. Zur Validierung der CC wurden HepG2 CYP3A4-Zellen durch CYP3A4-Überexprimierende immortalisierte primäre Hepatozyten, den FH3 CYP3A4-Zellen ersetzt, welche als primäre Zellen das menschliche Leberzellmodell wesentlich besser repräsentieren. In einem Pilotprojekt wurden primäre Kolonkarzinomzellen (pCC-Zellen) zusammen mit HepG2 CYP3A4 und MG getestet. Unter Verwendung einer CC mit HepG2 CYP3A4 konnte eine reduzierte zytostatische Wirkung von MG auf PANC-1-Zellen gezeigt werden. Die TX-induzierte zytotoxische Wirkung auf PANC-1- und MCF-7-Zellen wird durch den First-Pass-Effekt nur leicht abgeschwächt. Die Aktivierung von TAM mit FH3 CYP3A4-Zellen in CC mit Transwell-Einsätzen verstärkte die zytotoxische Wirkung auf MCF-7-Zellen am effizientesten. Im Gegensatz dazu erwies sich die Verwendung von HepG2 CYP3A4 als unzureichend. PCC-Zellen wurden in Monokultur durch MG dosisabhängig beeinträchtigt. Bei Verwendung von CC-Systemen mit HepG2 CYP3A4-Zellen waren pCC-Zellen bis zu einer Konzentration von 2 μM eindeutig vor MG geschützt. Zusammenfassend konnte der First-Pass-Effekt in vitro in MG- und TX-behandelten PANC-1-Zellen und TX-behandelten MCF-7-Zellen sowie in MG-behandelten pCC-Zellen mit HepG2 CYP3A4-Zellen simuliert werden. Die mit PANC-1 und MCF-7 erzielten Ergebnisse konnten mit FH3 CYP3A4-Zellen validiert werden. Der Nachweis des First-Pass-Effektes unter Verwendung verschiedener Endpunkt-Messmethoden ergab unterschiedliche Ergebnisse, so dass für eindeutige Schlussfolgerungen weitere Studien erforderlich sind.
Databáze: OpenAIRE
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