Braumann, Chris : Der Einfluss der intraperitonealen und intravenösen Applikation von Taurolidin und der Kombination von Taurolidin/Heparin in der laparoskopischen und konventionellen Chirurgie auf das intra- und extraperitoneale Tumorwachstum bei Ratten.

Kapitel 5. Diskussion

Obwohl die instrumentelle Manipulation am Tumor und die damit verbundene Tumorzellverschleppung als Hauptursache von Trokarmetastasen zu werten ist, wurden auch Trokarmetastasen bei Frühkarzinomen nach laparoskopischer kolorektaler Resektion beschrieben [17,18,22,42,56,83]. Neben den aus der konventionellen Chirurgie bekannten Ursachen für eine Tumorzelldissimination müssen bei der Laparoskopie noch andere Ursachen für Tumorzelldissiminationen könnten bei der Laparoskopie mit Kohlendioxid zusätzliche Faktoren einen Einfluß auf das intra- und extraperitoneale Tumorwachstum haben [9,21,23,41,53,57-59,63,74-76,78,82,84,86,88,91,100]. Experimentelle Studien haben gezeigt, dass Kohlendioxid und ein erhöhter intraperitonealer Druck einen stimulierenden Effekt auf das Wachstum unterschiedlicher Tumorzellen haben kann


34

[37,38,45,48,93]. Zusätzlich bewirkt die durch das insufflierte Kohlendioxid verursachte intra- und extrazelluläre Azidose bei intraperitonealen Makrophagen eine Funktionsänderung [47]. So konnte nachgewiesen werden, dass Kohlendioxid zu einer gesteigerten Produktion intraperitonealer Zytokine, besonders des wachstumstimulierenden IL-1beta, führen kann [90,94]. Die Pathogenese der perioperativen intraperitonealen Zytokinfreisetzung und der Ausbildung von Adhäsionen ist bei malignen Grundleiden von entscheidender Bedeutung, da eine perioperative Metastasierung und ein intraperitoneales Tumorwachstum einerseits durch Adhäsionsvorgänge zwischen Tumorzellen und dem Peritoneum [26,27] beziehungsweise dem Lymph- und Gefäßsystem vermittelt wird und andererseits die intraperitoneale Freisetzung von Zytokinen das Wachstum freier Tumorzellen beeinflussen kann [4,30]. Da Kohlendioxid offensichtlich die Funktion intraperitonealer Makrophagen beeinflusst, können das Insufflationsgas und der Druck ebenfalls als Ursache für eine Veränderung des Tumorwachstums und der damit verbundenen lokalen Immunabwehr diskutiert werden [13,18,29,33,39,70,66,86]. Geht man weiterhin davon aus, dass freie, vitale Tumorzellen erst durch die Adhärenz zum Peritoneum oder den Gefäßen zu einer Metastase beziehungsweise Metastasierung führen können, so scheint auch durch eine verminderte Adhäsion an sich eine Reduktion intraperitonealen Tumorwachstums möglich zu sein [24,25,26,27,44,62,80,97]. Weiterhin könnte eine durch Trokarhülsen verursachte lokale Ischämie die Inzidenz und das Wachstum von Tumoren in Trokarkanälen, das heißt im ehemaligen Inzisionskanal, begünstigen. Ob die lokale Ischämie tatsächlich für Trokarmetastasen verantwortlich ist oder ob das Insufflationsgas Kohlendioxid Inzisionsmetastasen begünstigt, wurde bisher noch nicht geklärt [42,88].

Es wird offensichtlich, dass die Faktoren, die zu einer Tumorzelldissimination, Adhäsion und deren Wachstum führen, zahlreich und komplex sind. Die verschiedenen Pathomechanismen greifen ineinander und sind daher nicht als separate Wirkungssysteme zu betrachten. Geht man jedoch davon aus, dass insbesondere die Tumorzelldissimination und die Adhäsion die Wahrscheinlichkeit intraperitonealer Metastasen erhöhen, so liegt die Vermutung nahe, dass antiadhärente Substanzen eine Bindung vitaler Tumorzellen an Mesothelzellen verhindern und damit die Rate an lokalen Rezidiven minimieren würden. Zusätzlich könnte durch den Einfluß auf intraperitoneale Zellen, einschließlich Makrophagen, die Produktion von IL-1beta verringert und somit die Gefahr einer Wachstumsstimulation vermindert werden. Eine Substanz, welche nicht nur die Interleukin-1 Produktion von menschlichen peripheren mononukleären Zellen (PBMC) hemmt [4], sondern zusätzlich auch eine hoch signifikante anti-adhärente Wirkung auf


35

verschiedene Mikroorganismen hat [49], ist Taurolidin. Da die Inkubation von Mikroorganismen mit Taurolidin zu einer signifikanten Supprimierung des Wachstums führte [2,512,20] und eine Vielzahl immunologischer Veränderungen induzierte [64,98,99], lag es nahe, zunächst diese direkte Wirkung von Taurolidin bei verschiedenen Tumorzelllinien zu überprüfen [44]. Zur Sicherung der in-vitro Ergebnisse wurde in einem Tier-Modell (BD IX Ratte) der Einfluß einer intraperitonealen Instillation von Heparin, Taurolidin sowie der Kombination beider Substanzen auf die Entwicklung von intraperitonealen Metastasen und Trokarmetastasen bei einer Laparoskopie analysiert [46]. In diesem Experiment wurden die in-vitro Ergebnisse zwar bestätigt, jedoch ausschließlich Tiere untersucht, deren Abdomen mit Kohlendioxid insuffliert wurde. Hierbei ist weiterhin unklar, ob die konventionelle Operation oder eine Insufflation mit Kohlendioxid verschiedene Einflüsse auf das intraperitoneale Tumorwachstum haben, und ob es möglicherweise Unterschiede in der Wirksamkeit der zytotoxischen und antiadhärenten Substanzen Taurolidin und Heparin gibt, da Kohlendioxid ein saures Milieu erzeugt. Zusätzlich ist nicht überprüft worden, ob eine intraperitoneale Applikation beider Substanzen auch systemisch das Tumorwachstum beeinflussen kann, oder ob eine intravenöse Injektion zytotoxische Effekte am Organismus bewirken könnte. Andere Tierexperimente konnten ebenfalls eine Hemmung eines intraperitonealen Neuroblastoms durch die lokale Applikation von Cyclophosphamid [40] oder einer Inhibition von Trokarmetastasen durch Silbersulfadiazin beobachten [101]. Jedoch ist die Inzidenz abdominaler Neuroblastome sehr gering und die begleitenden Nebenwirkungen beider Substanzen sind im Hinblick auf eine perioperative Therapie nicht realitätsnah.

Aufgrund der kontroversen und unzufriedenstellenden Ergebnisse existiert eine generell anerkannte Therapie zur Verhinderung intraperitonealer Metastasen oder Fernmetastasen bei elektiven Resektionen maligner abdominaler Tumoren bisher noch nicht.

Das Ziel der aktuellen tierexperimentellen Studie war es, die lokale und systemische antiadhärente und zytotoxische Wirksamkeit von Taurolidin und Heparin bei der Insufflation mit Kohlendioxid versus der konventionellen Chirurgie bei der Ratte zu analysieren. Neben der intraperitonealen Applikation von syngenetischen Tumorzellen wurden zur Simulation von Fernmetastasen zusätzlich Tumorzellen subkutan am Rücken der Tiere appliziert. Taurolidin und Heparin wurden einmalig intraperitoneal instilliert, um den direkten Einfluß auf das intraperitoneale Tumorwachstum zu untersuchen. Eine intravenöse Injektion analysierte systemische Effekte beider Substanzen auf das intraperitoneale und subkutane Tumorwachstum. Lokale und systemische


36

tumorinhibierende Effekte wurden durch eine simultane intraperitoneale und intravenöse Applikation beider Substanzen untersucht.

In dem aktuellen Experiment wurde, im Gegensatz zur intravenösen Injektion von 1 ml 0.5% Taurolidin, eine Suppression des intraperitonealen Tumorwachstums nach einer intraperitonealen Therapie beobachtet. Hierdurch konnten das lokale (intraperitoneale) Tumorwachstum sowie die Rezidive an den Inzisionen unter laparoskopischen und konventionellen Bedingungen signifikant supprimiert werden. Das intraperitoneale Tumorwachstum korrelierte dabei mit den Metastasen der ehemaligen Inzisionen der Trokare beziehungsweise an der medianen Laparotomie. So führte die Reduktion des intraperitonealen Tumorwachstums auch zu einer Reduktion des Wachstums an den abdominalen Wunden. In früheren tierexperimentellen Untersuchungen sind bereits zytotoxische Substanzen intraperitoneal oder intramuskulär appliziert worden, um einen lokalen und systemischen Einfluß auf das Wachstum injizierter Tumorzellen zu analysieren [3,4,6,40,55,101]. Jacobi et al. untersuchten bereits in einem Rattenexperiment (BD IX) die Wirkung von Taurolidin auf das Tumorwachstum. Dabei wurde die gleiche Tumorzelllinie (DHD/K12/TRb) verwandt [44]. Zuvor wurde der in-vitro Effekt von Taurolidin an Tumorzellen gesichert. Im zweiten Teil des Experimentes konnte eine intraperitoneale Suppression des Tumorwachstums im Abdomen festgestellt werden.

In dem aktuellen Experiment bewirkte eine zusätzliche intraperitoneale Therapie mit Heparin zwar eine weitere Reduktion des intraperitonealen Tumorgewichtes, diese war jedoch nicht signifikant. Im Gegensatz dazu beobachteten Jacobi et al. in vorherigen Studien eine signifikante, synergistische tumor-supprimierende Wirkung von Taurolin und Heparin [44]. Neuhaus et al. untersuchten gleichfalls den Einfluß von Heparin auf das intraperitoneale Tumorwachstum im Rattenmodell und konnten die Ergebnisse von Jacobi et al. bestätigen [65]. Die Pathogenese der Effekte von Heparin auf das Tumorwachstum wurde insbesondere von Goldstein et al. untersucht [25,26]. Die Autoren schlussfolgerten, dass Heparin an die Rezeptoren der Mesothelzellen des Peritoneums bindet, diese besetzt und somit eine Reduktion der freien Rezeptoren bewirkt. Diese wiederum verhindert eine Adhäsion freier Zellen an den Rezeptoren [25]. Zusätzlich kann Heparin neben dem Fibroblast-growth-factor (FGF) auch den Fibroblast-growth-factor-receptor (FGFR) als auch den Fibroblast-growth-factor-receptor4 (FGFR4) auf der Zellmembran binden [60]. Durch Besetzung von Rezeptoren wird eine adäquate Versorgung von Tumorzellen mit Nährstoffen erschwert, so dass die zellulären Funktionen reduziert werden oder sogar erliegen können. Dudas et al. konnten sogar einen hemmenden Effekt von Heparin auf


37

nukleäre Transkriptionsfaktoren (wie AP-1, SP-1, ETS-1 sowie NF-_B) maligner Leberzellen (HepG2) nachweisen [19]. Dies führt zu einer Störung der Interaktionen zwischen Transkriptionsfaktoren und deren korrespondierenden Oligonucleotiden. Heparin scheint demnach über mindestens zwei Wirkungsmechanismen zu wirken: 1. Blockierung der extrazellulären Matrix durch Bindung an Membranrezeptoren [60] sowie 2. Eingiff in die Transkription und Produktion intrazellulärer, regulatorischer Proteine [19].

Eine Reduktion des intraperitonealen Tumorwachstums ist auch durch andere Substanzen, den Chemotherapeutika, im Tierexperiment erreicht worden. So konnten Iwanaka et al. nach intraperitonealer Therapie mit Cyclophosphamid das lokale Wachstum maligner Tumoren in Mäusen reduzieren [40]. Wu et al. beobachteten nach lokaler Applikation von einprozentigem Silbersulfadiazin ebenfalls eine Hemmung von Trokar- und Bauchwandmetastasen [101]. Die hohe Inzidenz der Therapiegruppe (75%) stellte hierbei im Vergleich zur Kontrollgruppe (93%) jedoch keinen eigentlichen Therapieerfolg dar und wurde deshalb vielfach diskutiert. Neuhaus et al. konnten nach einer laparoskopischen Operation eine Reduktion des intraperitonealen Tumorwachstums bei Dark Agouti Ratten nach intraperitonealer Applikation von PVP-Jod nachweisen [67]. Die lokale Instillation von PVP-Jod hatte jedoch neben der Suppression des Tumorwachstums bedeutende Nebenwirkungen. Aufgrund seiner unspezifischen Zytotoxizität durch freiwerdendes Jod werden auch die Peritonealmakrophagen geschädigt, was die lokale, intraperitoneale Immunabwehr herabsetzen und das Tumorwachstum durch eine gesteigerte Zytokinfreisetzung aus den zellulären Vesikeln sogar stimulieren kann [44]. Jacobi et al. wiesen zudem nach, dass PVP-Jod zu vermehrten Fibrinausschwitzungen auf der Leber und der Milz führt. Diese könnten vermehrte Adhäsionen im Oberbauch induzieren und im späteren Krankheitsverlauf Komplikationen im Sinne eines mechanischen Ileus nach sich ziehen. Aufgrund dessen scheint der therapeutische Einsatz von Jod zur Prophylaxe von Tumorrezidiven keine optimale Alternative darzustellen. Die mit erheblichen Nebenwirkungen verbundene intraperitoneale oder intramuskuläre Methotrexatapplikation reduzierte zwar das intraperitoneale Tumorwachstum beim Kleinnager [67], jedoch ist ein Einsatz bei elektiven Operationen nicht tolerabel. Iwanaka et al. untersuchten den Einfluß von lokal (intraperitoneal) appliziertem Cyclophosphamid und konnten ebenfalls eine Suppression von Neuroblastomrezidiven an Trokarinzisionen nachweisen [40]. Da das Neuroblastom im Gegensatz zu den kolorektalen (Adeno-) Karzinomen ein seltenes Malignom ist und die Therapie elektiver Resektionen maligner Tumoren mit Cyclophosphamid aufgrund der erheblichen Nebenwirkungen nicht empfohlen werden kann, sind diese Experimente ohne bedeutende klinische Relevanz. Insgesamt scheinen die


38

genannten therapeutischen Strategien aufgrund der erheblichen Nebenwirkungen und der zum Teil fraglichen Wirksamkeit in ihrer Einsatzmöglichkeit bei elektiven Operationen maligner abdominaler Tumoren sehr begrenzt.

Im Gegensatz dazu scheinen die zahlreichen, validierten Daten früherer tierexperimenteller Studien die Suppression des intraperitonealen Tumorwachstums von Taurolidin und Heparin zu belegen. Hierbei wurden Nebenwirkungen oder gar Komplikation in keinem der Versuche nachgewiesen oder beobachtet [26,46,62]. Damit wäre eine standardisierte, perioperative zytotoxische Therapie bei elektiven Resektionen maligner abdominaler Tumoren durchaus denkbar.

Im Gegensatz zur intraperitonealen Wirksamkeit von Taurolidin sowie der Kombination aus Taurolidin und Heparin konnte in dem aktuellen Experiment keine Suppression des subkutanen Tumorwachstums beobachtet werden. Hierfür könnte nach erfolgter Resorption über das Peritoneum eine sofortige Proteinbindung der Substanzen im Plasma verantwortlich sein. Die fehlende tumorinhibierende Wirkung am Rücken der Tiere könnte sich zusätzlich durch die ungenügende Konzentration der Substanzen am Wirkungsort begründen. Das intraperitoneale und subkutane Tumorwachstum wurde durch die alleinige intravenöse Injektion von 1 ml 0.5% Taurolidin oder 1 ml 0.5% Taurolidin sowie 10 I.E. Heparin ebenfalls nicht beeinflusst. Hierbei könnte auch eine zu niedrige Dosierung von Taurolin als 0,5%ige Lösung eine entscheidende Rolle spielen. So konnten Gutt et al. in Kooperation mit unserer Arbeitsgruppe durch eine Dosiserhöhung auf 2% Taurolinlösung eine Änderung der therapeutischen Wirksamkeit beobachten [29]. Dort erfolgte die Injektion des zweiprozentigen Taurolidin in die Vena portae. Dies führte zu einer Reduktion von Lebermetastasen. Dies könnte bedeuten, dass intravenös appliziertes 0,5% Taurolidin aufgrund der zu geringen Konzentration am Wirkungsort noch keinen tumorsupprimierenden Einfluss hatte. Im Gegensatz dazu könnte zweiprozentiges Taurolidin eine ausreichende systemische Suppression des Tumorwachstums im Tiermodell bewirken und neben Lebermetastasen auch das Wachstum von Tumoren an


39

anderer Lokalisation reduzieren. Eine Ursache für die Diskrepanz unserer und der Ergebnisse der Arbeitsgruppe Gutt könnte sich mit der direkten Toxizität einer höher konzentrierten Taurolinlösung auf Tumorzellen erklären lassen [44]. Die Quantifizierung der notwendigen Konzentrationen am Wirkort wurde in einem in-vitro Experiment durch McCourt et al. mit Hilfe der Bestimmung von Apoptoseraten vorgenommen [62]. Bei Konzentrationen von 17,6µM (micro molar) konnte durch einen Annexin-V-Assay eine Apoptoserate von bis zu 36% nachgewiesen werden. Bei hoheren Konzentrationen (88 µM) wurden die Zellen nekrotisch und konnten mittels einer Trypan blau Färbung demarkiert werden. Dabei zeigten die Zellen eine vierfach höhere Apoptoserate sowie eine vierfach niedrigere Proliferationsrate als die Zellen der Kontrollgruppe, welche nur mit Kulturmedium inkubiert wurden. Die Zellen, welche mit 15 µg/ml Taurolidin behandelt wurden, wiesen eine der Kontrollgruppe vergleichbare Apoptoserate auf. Eine niedrige Dosierung von Taurolidin führte wie bei Jacobi et al. zu einem Anstieg der Apoptose [44]. Die Nekroserate der Tumorzellen (DHD/K12/TRb) stieg hingegen mit zunehmender Dosierung. Parallel zu diesem in-vitro Experiment wurde ein tierexperimenteller Versuch durchgeführt. Bei allen Tieren (n=10, BD IX Ratten) erfolgte eine mediane Laparotomie. Nach der intraperitonealen Applikation von Tumorzellen, erhielt die Kontrollgruppe Taurolidin und PBS (phosphatgepufferte Salinelösung). Die Therapiegruppe wurde intraperitoneal mit Taurolidin behandelt. Ohne PBS wurde das lokale Tumorwachstum hochsignifikant supprimiert. Hierbei scheint der puffernde Effekt von PBS die Wirksamkeit von Taurolidin zu hemmen. Die in-vitro und in-vivo Experimente von McCourt et al. zeigen jedoch, dass ein direkter Kontakt von Taurolidin zu Tumorzellen erforderlich ist. Puffernde Substanzen können hingegen die Wirksamkeit von Taurolidin aufheben. Zusätzlich konnte in-vitro eine Dosisabhängigkeit nachgewiesen werden. Mehrere Arbeiten konnten diese Ergebnisse bestätigen [4,25]. Ein zusätzlicher intrazellulärer Wirkmechanismus, der zu einer Apoptose führen kann, ist aufgrund der geringen Molekülgröße Taurolidins und der Fähigkeit zur Ionisation denkbar [44]. Jedoch sind bei Taurolidin im Gegensatz zu anderen, intrazellulär wirkenden Chemotherapeutika, wie Cyclophosphymid, Methotrexat, Sulfadiazin [3,40,67,101], schwerwiegende Nebenwirkungen auf den Organismus bisher noch nicht beschrieben worden [12]. Die rasche Hydrolyse und Metabolisierung zu Taurultam, Methyltaurultam, Taurinamid und als kleinstes Abbauprodukt Kohlendioxid könnten dafür verantwortlich sein, dass die langsame intravenöse Applikation von Taurolidin nur minimale Nebenwirkungen induzieren kann [12]. Das entstehende Endprodukt Kohlendioxid kann dabei pulmonal

40

abgeatmet werden und ist deshalb bei regelrechter pulmonaler Funktion unbedenklich. Die Nebenwirkungen von Taurolidin werden wahrscheinlich von den anderen genannten Mediatoren hervorgerufen. Brückner und Pfirrmann beschrieben bei einer Erhöhung der infundierten Menge pro Zeiteinheit, hauptsächlich vagotone Nebenwirkungen, wie Miosis, Tränenfluß mit Erregung gefolgt von Sedation [12]. Die Letalitätsrate (LD50) bei Maus, Ratte und Kaninchen ist wegen der geringen Löslichkeit und der damit verbundenen Volumenprobleme nicht genau bestimmbar, sie ist jedoch sehr niedrig. Bei intravenöser Applikation liegt die LD50 bei den genannten Tieren bei über 4 g/kg KG! Intravenöse Dosierungen von 400 mg / kg je 24 Stunden über 30 Tage wurden in klinischen Studien ohne die beschriebenen Nebenwirkungen gut toleriert [20]. Aufgrund der maximalen Löslichkeit Taurolidins von 2% (MG = 284) ist eine Erhöhung der Injektionskonzentration jedoch nur mit Kollidon (PVP 16 oder 17, Polyvinylpyrolidon), einem löslichkeitsfördernden Stabilisator, möglich. Bei 3% ist auch mit Kollidon die Löslichkeitsgrenze erreicht, und die Substanz neigt dann zur Kristallisation. Da Taurolidin in höheren Konzentrationen die Venenwand reizen kann, scheint eine weitere Konzentrationssteigerung aber auch nicht sinnvoll. Tierexperimentell kam es nach rascher intravenöser Injektion (von 600 mg/ kg je 24 Stunden) jedoch zu Miosis, Tränensekretion oder Sedation [12]. Das bedeutet, dass der Organismus 300 mg / kg KG in 24 Stunden metabolisieren kann und Infusionsmengen diese Dosierung nicht überschreiten sollten. Möglicherweise ist die hohe Reaktionsbereitschaft der Methylolgruppe des Moleküls für Nebenwirkungen verantwortlich zu machen. Die Übertragung einer Methylolgruppe von Taurolidin auf Aminogruppen der Rezeptoren von Zellen kann zu deren Funktionsverlust führen. Hierdurch ist in der Abdominalhöhle eine Verminderung der Tumorzellelladhäsion denkbar. Aufgrund der geringen Größe des Taurolidinmoleküls sind neben den Mechanismen an den Zelloberflächen jedoch auch zusätzliche intrazelluläre Pathomechanismen denkbar. Diese betreffen die Produktion von TNF-alpha oder den Signalweg des Interleukins oder anderer Mediatoren [64,102]. Die Produktion findet hauptsächlich in den Monozyten, Makrophagen oder zu einem geringeren Teil in der Tumorzelle selbst statt. TNF-alpha ist ein proinflammatorisches Interleukin und ist bei inflammatorischen- und malignen Prozessen erhöht. Die Regulation von TNF-alpha sowie die Auswirkungen der autokrinen Produktion von Tumorzellen sind bisher noch nicht ausreichend bekannt. Wördemann et al. konnten zeigen, dass Taurolidin die Produktion von TNF-alpha in mit IL-1beta stimulierten, humanen Leberkarzinomzellen (HepG2, Hep3B) reduziert [99]. Zusätzlich fördert TNF-alpha die Tumorangiogenese, eine grundlegende

41

Voraussetzung für das Wachstum von Metastasen [69]. Durch eine erhöhte Eigenproduktion von TNF-alpha kommt es zu einer Verminderung der zelleigenen Apoptoserate, die mit einer Aktivierung von NF-_B (nuclear factor kappaB) verbunden ist [89]. Dieser Prozeß ist von der IKK (IkappaB Kinase Komplex)-spezifischen Phosphorylierung von I_Balpha (IkappaB alpha) [61] und dessen Ubiquitin-Abbau durch das Ubiquitin (Ub)/26S Proteasom System abhängig [85,89]. Zusammen mit erhöhtem c-Jun wird die Produktion von TNF-alpha stabilisiert. In die Regulation dieser beiden Transkriptionsfaktoren sind das COP9 Signalosom (CSN) und das Ub/26S Proteasom System involviert. CSN phosphoryliert neben anderen Proteinen zusätzlich I_Balpha [81]. Ob Taurolidin in malignen Zellen durch die Reduktion der TNF-alpha Produktion einen relevanten Einfluss auf die zelleigene Proliferation oder die Apoptoserate hat, ist bislang allerdings noch nicht bekannt. Aufgrund der geringen Molekülgröße ist auch ein weiterer Pathomechanismus denkbar. Taurolidin permeiert in geladener Form die Zellmembran und kann direkt im Zytoplasma in die Signalwege eingreifen. Da zahlreiche Chemotherapeutika mit der IKK-spezifischen Phosphorylierung von I_Balpha interagieren, kann das für Taurolidin ebenfalls möglich sein. Der gleiche Signalweg wird auch von TNF-alpha nach einer Bindung an seinen TNF-Rezeptor (TNF-R1) genutzt. Wenn Taurolidin mit dem IKK-System interagieren kann, scheint auch eine direkte intrazelluläre Wirksamkeit denkbar. Gesicherte Experimente liegen dazu jedoch ebenfalls noch nicht vor.

Zusätzlich zu Taurolidin wurde in dem aktuellen Experiment Heparin eingesetzt, um eine synergistische tumorinhibierende Wirkung zu analysieren. Hierbei führte die intraperitoneale Kombination aus Taurolidin und Heparin zu einer geringen, nicht signifikanten Reduktion des intraperitonealen Tumorwachstums im Vergleich zur alleinigen Taurolidintherapie. Trotzdem unterstützen diese Daten die zusätzliche Wirksamkeit des Heparins. Jacobi et al. zeigten bereits, dass die alleinige intraperitoneale Applikation von Heparin das lokale Tumorwachstum hemmen kann [46]. Den synergistischen Effekt aus einer Kombination aus Taurolidin und Heparin erklärten sich die Autoren durch zwei verschiedene Wirkmechanismen und Wirkorte. So vernetzt Taurolidin die Polypeptidkomplexe der Tumorzellmembran auf der Zelloberfläche [27,66] und Heparin besetzt mesotheliale Bindungsstellen [25,26,60]. Im Gegensatz zu Heparin scheint für die Wirksamkeit des Taurolidins der direkte Tumorzellkontakt notwendig zu sein. Es kann dabei konzentrationsabhängig zum apoptotischen oder oder in höheren


42

Konzentrationen zu einem nekrotischen Zelluntergang kommen. Taurolidin reduziert zusätzlich die IL-1beta Produktion in den Peritonealmakrophagen [4]. Es durchaus denkbar, dass der Wachstumseffekt der Tumorzellen aufgrund der verminderten Interleukinroduktion ausbleibt oder reduziert wird [44]. Lanfrancone wies nach, dass das durch Peritonealmakrophagen produzierte Interleukin-1beta (IL-1beta) Zellwachstum in-vivo stimulieren konnte und einen Einfluss auf die Zellteilung hatte [55]. Somit könnte die Hemmung der Produktion von Interleukin-1beta durch Taurolidin eine Suppression des lokalen Tumorzellwachstums bewirken. Ob dieser Mechanismus jedoch von klinischer Relevanz ist, wurde noch nicht hinreichend untersucht. Bisherige tierexperimentelle Untersuchungen aus der IL-1beta-Produktion von Peritonealmakrophagen bei Ratten zeigten jedoch, dass Taurolidin nach einer fünfstündigen Inkubation zu einer signifikanten Reduktion führt [46]. Weiterhin wurde die Produktion von IL-1beta trotz LPS-Stimulation der Makrophagen durch Taurolidin vollständig supprimiert. Im Gegensatz hierzu zeigte sich ein signifikanter Anstieg von IL-1beta nach Inkubation mit Heparin. Obwohl Heparin zahlreiche Rezeptoren bindet, somit auch an Peritonealmakrophagen, scheint es möglich, dass die Interleukinproduktion hierdurch nicht beeinflusst wird. Jedoch könnte Heparin auf anderen Tumorzellen Interleukinrezeptoren besetzen und damit den Effekt von IL-1beta unterbinden.

Da in früheren tierexperimentellen Studien die Wirksamkeit Taurolidins und Heparins nur unter laparoskopischen Bedingungen geprüft wurde, stellte sich die Frage, ob die Insufflation von Kohlendioxid mit einer konsekutiven Azidose einen direkten Einfluss auf die Wirksamkeit der Substanzen haben könnte [1]. Seit der Einführung der laparoskopischen Operationstechnik wurden die Einflüsse einer Laparoskopie mit Kohlendioxid oder einer konventionellen Operation auf das intraperitoneale oder extraperitoneale Tumorwachstum im Tiermodell und insbesondere bei elektiven Resektionen maligner abdominaler Tumoren kontrovers diskutiert [3,7-9,10,11,14, 7,32,34,50,53,54,57,63,72,75,79,82,86,92,96]. Zur Evaluierung eines möglichen Einflusses der konventionellen Chirurgie oder des Pneumoperitoneums mit Kohlendioxid auf das Wachstum von malignen Tumoren und deren Metastasierungsrate wurden bisher unterschiedliche Tiermodelle entwickelt [1,84]. Die kontroversen Angaben in der Literatur ließen jedoch eine endgültige Beantwortung der Wertigkeit der Operationstechnik bisher noch nicht zu. Einige Zellexperimente und tierexperimentelle Studien zeigten jedoch ein vermehrtes Tumorwachstum nach einer Insufflation mit Kohlendioxid [10,33,37,47].


43

Andererseits beschrieben einige Autoren, dass ein vermehrtes intraperitoneales Tumorwachstum nach einer konventionellen, medianen Laparotomie häufiger zu beobachten ist [1,84]. Ein direkter Vergleich ist aufgrund der vielfältigen Tiermodelle und deren unterschiedlicher Methodiken oft nur eingeschränkt möglich. Allendorf et al. und Southall et al. konnten in Mausmodellen nachweisen, dass die konventionelle Operationstechnik mittels einer Laparotomie im Vergleich zur laparoskopischen Intervention zu einem vermehrten, intraperitonealen Tumorwachstum führt [1,84]. Da beide Autoren der gleichen Arbeitsgruppe angehören, verwendeten sie auch identische Tiermodelle. Syngenetische Mammakarzinomzellen (MMC) der Maus (C3H/He) wurden intraperitoneal als Tumorsuspension instilliert und das resultierende Wachstum untersucht. Das Pneumoperitoneum mit Kohlendioxid wurde mit einem Druck von 4-6 mmHg aufgebaut. Die Beobachtungen dieser Arbeitsgruppen stehen jedoch im Gegensatz zur übrigen Literatur. Die Ursache für das vermehrte intraperitoneale Tumorwachstum wurde in der Wahl des (möglicherweise zu) niedrigen Insufflationsdruckes vermutet. Einige klinische Studien bestätigen ebenfalls die Zunahme der Resorption von Kohlendioxid aus dem Bauchraum bei steigendem Insufflationsdruck [35,71,73]. In einem Zellexperiment konnten Jacobi et al. ebenfalls einen wachstumsstimulierenden Effekt von CO2 nachweisen [47]. In-vivo beobachteten sie in einem weiterführenden Experiment eine Stimulation der subkutan wachsenden Tumoren an den Trokarinzisionen bei Ratten [44]. Die Mechanismen, die in-vitro oder in-vivo zu einer Stimulation des intraperitonealen Tumorwachstums oder des Wachstums von Metastasen in abdominalen Organen führen sollen, sind jedoch verschieden. Kim et al. diskutierten den verminderten portalvenösen Blutstrom während der Laparoskopie [51]. Sie untersuchten den Einfluss der transienten Minderdurchblutung der Leber und die Funktion der Hepatozyten sowie die Inzidenz von Lebermetastasen im Rattenmodell. Sie konnten ein vermehrtes Wachstum von Leberfiliae nach einem Pneumoperitoneum mit Kohlendioxid im Vergleich zur gaslosen Laparoskopie sowie zur Laparotomie finden und schlussfolgerten, dass der intraperitoneale Druck bei Aufbau eines Pneumoperitoneums reduziert oder vermieden werden sollte. Die Autoren favorisierten damit die gaslose Laparoskopie bei der Resektion maligner abdomnialer Tumoren.

Aufgrund der kontroversen Daten der tierexperimentellen und klinischen Literatur wurden in dem aktuellen Experiment beide Operationstechniken in einem Rattenmodell untersucht, da sie einen möglichen Einfluss auf den Effekt von Taurolidin und Heparin haben könnten.


44

Hierbei wurden zwischen den (unbehandelten) Kontrollgruppen beider Operationstechniken zunächst Unterschiede im Tumorwachstum nachgewiesen. Das intraperitoneale Tumorgewicht laparoskopisch operierter Tiere war deutlich niedriger als das Tumorgewicht konventionell operierter Tiere. Obwohl beschrieben wurde, dass Kohlendioxid einen stimulierenden Effekt auf Tumorzellen hat, konnte in unserem Experiment keine Stimulation des intraperitonealen Tumorwachstums nach Insufflation mit Kohlendioxid beobachtet werden. Obwohl in der Literatur die begleitende Azidose mit sinkendem pH als führende Ursachen verantwortlich gemacht werden [47,72], scheinen die Ursachen vielfältiger zu sein.

Aufgrund der Verhinderung von Tumormetastasen durch die Instillation mit Taurolidin oder der Kombination aus Taurolidin und Heparin war in dem aktuellen Experiment das intraperitoneale Tumorgewicht zwischen beiden Operationstechniken nicht mehr verschieden. Das heißt, dass der Effekt der Behandlung mit Taurolidin und Heparin nicht durch die Operationstechnik beeinflusst wird oder dass die Unterschiede zwischen den Operationstechniken durch die suffiziente anti-tumoröse Behandlung negiert werden. Analog zum intraperitonealen Tumorwachstum waren die Rezidive an den ehemaligen Inzisionen in den (unbehandelten) Kontrollgruppen beider Operationstechniken (Laparoskopie mit Kohlendioxid versus mediane Laparotomie) verschieden. Hierfür könnte die Vermeidung des Kontakts der Tumorzellsuspension mit der Wunde bei der medianen Laparotomie im Vergleich zur Laparoskopie verantwortlich sein. Aufgrund einfacherer technischer Bedingungen konnte, wie unter onkologischen Operationsbedingungen, eine Kontamination der Inzision mit freien Malignomzellen nur bei der konventionellen Operation verhindert werden. Da sich unter den verschiedenen Therapiestrategien in der Laparoskopie mit CO2 das intraperitoneale Tumorwachstum und die Inzidenz von Trokarmetastasen stets gleichsinnig verhielten, kann in unserem Experiment das Insufflationsgas Kohlendioxid als Ursache nahezu ausgeschlossen werden. Vielmehr scheint eine Kontamination der Wunden mit der Tumorzellsuspension durch die schwierigere Operationstechnik der Laparoskopie sowie die vermehrten, kleineren Inzisionen verantwortlich zu sein.

Im Gegensatz zur intraperitonealen Wirksamkeit von Taurolidin und Heparin war in dem aktuellen Experiment die singuläre intravenöse Therapie beider Substanzen nicht erfolgreich. Um die Ergebnisse bei intravenösen Injektionen weiter zu überprüfen, müssten in folgenden Experimenten Dosis-Wirkungs-Kurven erstellt werden, die eine Abhängigkeit


45

des subkutanen und intraperitonealen Tumorwachstums von der Dosis einer Bolusinjektion oder intermittierender Infusionen von Taurolidin und der Kombination aus Taurolidin und Heparin untersuchen. Zusätzlich sollten steigende Konzentrationen analysiert werden. Dies zu überprüfen, wird das Ziel kommender tierexperimenteller Studien sein.

Obwohl der Pathomechanismus von Taurolidin zum größten Teil zunächst hypothetisch bleibt, konnte durch die intraperitoneale Applikation dieser Substanz die Inzidenz und das Wachstum von intraperitonealen Metastasen signifikant vermindert werden, ohne hierdurch bedeutsame Nebenwirkungen zu verursachen. Die Kombination von Taurolidin mit Heparin bei der intraperitonealen Applikation zeigte zusätzlich einen geringen synergistischen Effekt. Da beide Substanzen bereits im klinischen Alltag verwendet werden, ist die vorgestellte präventive Therapie zur Verhinderung von Metastasen in der onkologischen Chirurgie von malignen Tumoren für eine Anwendung im klinischen Bereich sinnvoll. Aufgrund der Ergebnisse führen wir eine standardisierte postoperative Lavage mit 1500 ml 0,5 % Taurolidin bei Resektionen aller abdominalen Malignome durch. Zur Zeit wird in einer prospektiv randomisierten Multizenterstudie die klinische Relevanz dieser tierexperimentellen Ergebnisse am Menschen überprüft. Hierbei wird neben der Lavage mit 1500 ml Taurolidin 0,5% nach der Resektion des Tumors 500 ml 0,5%iges Taurolidin mit 2500 I.U. Heparin versetzt und in die Bauchhöhle instilliert. In der Vergleichsgruppe wird eine Lavage mit 0,25%iger PVP-Jod-Lösung durchgeführt. Zielkriterien dieser Studie sind neben der Lokalrezidivrate und der Überlebensrate der Patienten auch die intraperitoneale und systemische Zytokinproduktion sowie die Fibrinolyseaktivität bei den Patienten im perioperativen Verlauf.


© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.

DiML DTD Version 2.0
Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML - Version erstellt am:
Wed Oct 16 17:04:23 2002