Die Schädigung von Tumorzellen durch die photodynamische Therapie*

Zusammenfassung

Die photodynamische Therapie (PDT) von oberflächlich gelegenen Tumoren stellt ein vielversprechendes neues Therapieverfahren in der Behandlung von malignen Tumoren dar. Um Erkenntnisse über den Wirkmechanismus dieser Therapieform zu gewinnen, untersuchten wir den Einfluß von Photofrin® und Laserlicht auf das Volumen und die Vitalität von Tumorzellen. A-Mel-3-Tumorzellen wurden entweder mit Photofrin® inkubiert, mit Laser bestrahlt, oder einer kombinierten Behandlung zugeführt. Die Bestimmung des Zellvolumens erfolgte mittels der Durchflußzytometrie und die der Zellvitalität mittels der Trypanblau-Methode. Zur Beurteilung morphologischer Veränderungen durch die PDT wurden die Zellen in der Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie untersucht. Bei vorausgehender Inkubation mit 0,75, 1,5 und 3,0 [xg Photofrin®/ml nahm das Zellvolumen konzentrationsabhängig 30 min nach PDT auf 117%, 207% und 235%, 60 min nach PDT auf 147%, 210% und 199%, zu. Die Inkubation mit 1,5 und 3,0 µg/ml Photofrin® bewirkte 30 min nach PDT eine Abnahme der Zellvitalität von 100% auf 83% und 44% bzw. auf 38% und 17% nach 60 min. In der Rasterelektronenmikroskopie läßt sich nach Inkubation mit Photofrin® in der Konzentration von 1,5 [µ/ml und Laserbestrahlung eine Verklumpung der Oberflächenausstülpungen und Bildung von Blasen auf der Zelloberfläche beobachten. Die Transmissionselektronenmikroskopie ergab eine Schwellung der Mitochondrien und Defekte in der Zellmembran. Diese Studie zeigt, dass PDT eine signifikante zeit- und dosisabhängige Zunahme des Volumens von A-Mel-3-Tumorzellen bewirkt. Dieser Befund der PDT-induzierten Schwellung von Tumorzellen könnte Ursache des in vivo beobachteten Anstiegs des interstitiellen Flüssigkeitsdrucks und der damit einhergehenden Verschlechterung der mikrovaskulären Perfusion im Tumor sein.

Summary

Photodynamic therapy (PDT) is a new, promising method in the treatment of cancer. To gain insights into PDT-mediated tumour destruction we studied the influence of treatment with Photofrin® and laser light on changes in cell volume and cell viability. A-Mel-3 tumour cells were subjected to Photofrin® or illumination with laser light, or a combination of both (PDT). Cell volume was measured by flow cytometry and cell viability by the trypan blue exclusion test for up to 60 min after PDT and the respective controls. In addition, scanning and transmission electron microscopy were performed. Tumour cells incubated in concentrations of 0.75, 1,5 and 3.0 µg Photofrin®/ml revealed a rapid increase in cell volume to 117%, 207% and 235% 30 min after PDT and to 147%, 210% and 199% 60 min after PDT. Cell viability with 1.5 and 3.0 µg Photofrin®/ml and laser light was reduced to 83% and 44% at 30min after PDT and to 38% and 17% 60 min after PDT. At Photofrin® concentrations of 1.5 µg/ml and exposure to laser light scanning electron microscopy revealed extreme loss of microvilli and formation of blebs on the cellular surface. Transmission electron microscopy showed swollen mitochondria and ruptures of the cell membrane. This study demonstrates that PDT induces a significant time-dependent and dose-related increase in tumour cell volume. We suggest that the PDT-induced swelling of tumour cells contributes to the increase of interstitial fluid pressure and to impairment of microvascular perfusion of tumours.

Schlüsselwörter

Photodynamische Therapie - Photofrin® - In vitro - Tumorzellen - Zellschwellung

Key words

Photodynamic therapy - Photofrin® - In vitro - Tumour cells - Cell swelling