Pomimo znacznego post´pu w dziedzinie onkologii, doty- czàcego precyzji metod diagnostycznych i rokowniczych oraz miejscowego i systemowego leczenia, problemem pozostajà przerzuty nowotworowe, trudno dost´pne dia- gnostycznie, cz´sto niewra˝liwe na leczenie. W okresie diagnostycznej dost´pnoÊci guza pierwotnego, nowotwór zwykle jest rozsiany [1]. Z obserwacji klinicznych wynika,
˝e w trakcie leczenia przerzuty dost´pne diagnostycznie, zale˝nie od ich lokalizacji, mogà ulegaç regresji lub te˝
przeciwnie, progresji. Zaobserwowano np. u kobiet z ra- kiem piersi, wy˝szà wra˝liwoÊç na leczenie przerzutów zlokalizowanych w skórze i w´z∏ach ch∏onnych w porów- naniu z przerzutami do koÊci i p∏uc [2].
Wykorzystujàc nowe techniki badaƒ na poziomie ko- mórkowym i molekularnym, poznano znaczenie oddzia∏y-
waƒ mi´dzykomórkowych, rol´ czynników wzrostowych, czàsteczek adhezyjnych, enzymów proteolitycznych, a tak-
˝e udzia∏ ró˝nych komponentów uk∏adu odpornoÊciowego w rozwoju procesu nowotworowego i w mechanizmie przerzutowania. Badania te potwierdzajà z∏o˝onoÊç proce- su przerzutowania oraz wskazujà na potrzeb´ poszukiwa- nia modelu doÊwiadczalnego in vivo, w którym mo˝liwe by∏oby analizowanie odtworzonych etapów tego procesu.
Jednym z najwa˝niejszych czynników warunkujàcych progresywny wzrost nowotworu jest heterogennoÊç po- pulacji komórek nowotworowych, b´dàca konsekwencjà niestabilnoÊci w ekspresji genów warunkujàcych ich zmienny fenotyp. Mimo wp∏ywu ró˝nych czynników Êro- dowiskowych, zdolnych do niszczenia wra˝liwych komórek nowotworowych, czy eksponowania ich na leki o ró˝nym mechanizmie dzia∏ania, cz´Êç komórek nowotworowych mo˝e przetrwaç presj´ czynników selekcyjnych. Prze˝y- waç mogà komórki zdolne do opuszczenia guza pierwot-
Przeszczepialne nowotwory
jako model doÊwiadczalny do badania procesu przerzutowania i efektywnoÊci leczenia przeciwprzerzutowego
Joanna Wietrzyk, Adam Opolski, Czes∏aw Radzikowski
Przeszczepianie mysich doÊwiadczalnych nowotworów, a tak˝e komórek ludzkich linii nowotworowych, pochodzàcych z ho- dowli in vitro, myszom o os∏abionej odpornoÊci immunologicznej, stanowi dost´pny, ale i ograniczony model doÊwiadczalny, stosowany w badaniach nad procesem nowotworowym, w tym nad mechanizmem wzrostu progresywnego i przerzutowania.
W pracy przedstawiono przeglàd piÊmiennictwa oraz w∏asne wyniki, dotyczàce wp∏ywu drogi przeszczepienia doÊwiadczalne- go nowotworu (lokalizacji guza pierwotnego) na dynamik´ jego wzrostu, lokalizacj´ przerzutów, a tak˝e na efektywnoÊç lecze- nia przeciwnowotworowego i przeciwprzerzutowego. Przedyskutowano zalety i ograniczenia modeli uzyskiwania natural- nych i eksperymentalnych przerzutów, a tak˝e modelu ortotopowego przeszczepiania komórek nowotworowych.
Transplantable tumors
as a study model of the biology of cancer progression and the effectiveness of antimetastatic therapy
Transplantable mouse tumors and human tumor cells grown in immunodefficient mice are widely used as experimental mo- dels in the studies on biology of cancer, including mechanisms of cancer progression and metastasis. The role of tumor cells implantation route and subsequent site of primary tumor growth on dissemination and distribution of metastases is described and discussed. The varying efficacy of antineoplasmatic treatment, depending on the primary tumor growth and its subsequ- ent dissemination, is emphasized. Various models of natural and experimental metastases are described, including models of orthotopic growth of transplanted tumors.
S∏owa kluczowe: przeszczepialne nowotwory, implantacja ortotopowa, angiogeneza nowotworowa, terapia antyangiogenna, terapia przeciwnowotworowa, ksenoprzeszczepy, myszy bezgrasicze
Key words: transplantable tumors, ortothopic implantation, tumor angiogenesis, antiangiogenic treatment, antitumor therapy, xenotrasplantations, athymic mice
Zak∏ad Immunologii Nowotworów, Instytut Immunologii i Terapii DoÊwiadczalnej PAN im. L. Hirszfelda, we Wroc∏awiu
Artyku∏ przeglàdowy – nauki podstawowe
nego i zapoczàtkowania kaskady wydarzeƒ prowadzàcych do wzrostu w formie przerzutu [3]. W guzach rozwijajà- cych si´ w ró˝nych narzàdach u myszy, selekcjonowane sà subpopulacje komórek, m.in. przez ich zdolnoÊç do proli- feracji w okreÊlonym Êrodowisku. W obr´bie tej populacji komórki mogà charakteryzowaç si´ zmiennà zdolnoÊcià do tworzenia przerzutów, w tym o okreÊlonej, wybiórczej lokalizacji [4] oraz zró˝nicowanym fenotypem, zwiàza- nym z przerzutowaniem [3, 5, 6].
„Uwolnione” z guza pierwotnego komórki nowo- tworowe, dzi´ki zmieniajàcym si´ oddzia∏ywaniom adhe- zyjnym mogà migrowaç w kierunku nowowytworzonych naczyƒ krwionoÊnych. Dzi´ki dzia∏aniu enzymów proteoli- tycznych, zachodzà zmiany w strukturze macierzy pozako- mórkowej, u∏atwiajàce m.in. przemieszczanie si´ komórek i powstanie nowych naczyƒ, charakteryzujàcych si´ zwi´k- szonà przepuszczalnoÊcià. U∏atwia to intrawazacj´, czyli przedostanie si´ komórek nowotworowych do Êwiat∏a na- czynia. Przemieszczajàce si´ z pràdem krwi czy limfy, prze˝ywajàce komórki nowotworowe, mogà opuÊciç Êwia- t∏o naczynia (ekstrawazacja), inicjujàc w sprzyjajàcych warunkach wtórny wzrost nowotworowy w formie prze- rzutu. Ârodowisko narzàdu docelowego mo˝e sprzyjaç ujawnieniu potencja∏u proliferacyjnego i tworzeniu prze- rzutu [1, 3].
Trwajà poszukiwania udoskonalonych modeli do- Êwiadczalnych, które pozwoli∏yby na dok∏adne Êledzenie poszczególnych faz procesu nowotworowego i przerzuto- wania oraz na badanie efektywnoÊci leczenia przeciwprze- rzutowego [7]. Jednym z podejÊç badawczych jest uzyski-
wanie wysokoprzerzutujàcych wariantów przeszczepial- nych nowotworów, przy zastosowaniu metody selekcji subpopulacji lub klonów o wysokim potencjale przerzuto- wym. Przyk∏adem jest metoda przeprowadzania kolejnych pasa˝y komórek izolowanych z przerzutów p∏ucnych, np.
komórek mysiego czerniaka B16, pasa˝owanych na prze- mian in vitro i in vivo (i.v.) [8]. Pewnà modyfikacj´ tej tech- niki wprowadzili autorzy pracujàcy nad uzyskaniem wy- sokoprzerzutujàcej odmiany komórek mysiego raka sutka, linii 16/C. Corbett i wsp. przeszczepiali fragmenty p∏uc, pochodzàce od myszy z rosnàcym podskórnie (s.c.) no- wotworem, pod skór´ myszy – biorcy. Uzyskano w ten sposób podlini´ komórkowà, która w 70-100% tworzy∏a przerzuty w p∏ucach i w ok. 30% w w´z∏ach ch∏onnych [9].
Innym stosowanym podejÊciem badawczym jest prze- prowadzanie doÊwiadczeƒ na zwierz´tach o obni˝onej re- aktywnoÊci uk∏adu odpornoÊciowego, u których rosnà tak˝e immunogenne nowotwory syngeniczne i allogenicz- ne [10]. Wykorzystuje si´ tak˝e techniki przeszczepiania ortotopowego, tzn. wszczepianie komórek nowotworo- wych do naturalnego dla nich Êrodowiska tkankowego, czy te˝ narzàdowego [11].
W niniejszej pracy podano przeglàd modeli doÊwiad- czalnych stosowanych w badaniu mechanizmu procesu przerzutowania oraz zwrócono uwag´ na poznane nowe potencjalne cele dla terapii przeciwnowotworowej i prze- ciwprzerzutowej.
Wed∏ug D. R. Welch'a, model doÊwiadczalny in vivo, majàcy na celu poznanie mechanizmu procesu przerzuto- wania, powinien spe∏niaç dwa podstawowe warunki wyni- kajàce z teorii Pageta [12] o ziarnie i glebie (”seed and so- il”): 1/ u˝yte komórki muszà posiadaç zdolnoÊç do prze- rzutowania – zakotwiczenia si´ i proliferacji (ziarno); 2/
komórki te b´dà proliferowaç w naturalnym, korzystnym dla nich Êrodowisku narzàdowym (gleba). W zale˝noÊci od drogi wszczepienia komórek nowotworowych, uzyskujemy przerzuty tzw. „eksperymentalne” (sztuczne) lub „sponta- niczne” (naturalne) [13].
Przerzuty eksperymentalne
Dla uzyskania przerzutów eksperymentalnych, komórki nowotworowe wprowadza si´ bezpoÊrednio do krwiobie- gu (Tab. I). Po iniekcji do˝ylnej (i.v.) cz´Êç komórek no-
wotworowych prze˝ywa w krà˝eniu i zasiedla narzàd, w którym mo˝e si´ rozwijaç ognisko nowotworowe. Model ten nie uwzgl´dnia istotnego etapu z∏o˝onego i wieloeta- powego procesu przerzutowania – uwalniania komórek nowotworowych z guza pierwotnego do naczyƒ krwiono- Ênych i limfatycznych [szczegó∏y omówiono w pracach:
14,15]. W Tabeli I przedstawiono mo˝liwoÊci uzyskania przerzutów eksperymentalnych o ró˝nej lokalizacji zale˝- nej od miejsca wprowadzenia komórek nowotworowych do krwiobiegu. Dla otrzymania przerzutów (np. raka pier- si lub czerniaka) zlokalizowanych w mózgu wykorzystywa- ne jest wstrzykni´cie do t´tnicy szyjnej lub do lewej komo- ry serca [16, 17]. Iniekcja komórek ró˝nych nowotworów do ˝y∏y ogonowej bocznej najcz´Êciej prowadzi do zasie-
Tab. I. Przyk∏ady lokalizacji przerzutów eksperymentalnych po podaniu myszom go∏ym komórek ludzkich nowotworów bezpoÊrednio do krwiobiegu
Droga podania Nowotwór Lokalizacja przerzutów PiÊmiennictwo
g∏ówna towarzyszàca
T´tnica szyjna Rak piersi, czerniak Mózg, koÊci, szpik kostny - [16,17]
˚y∏a ogonowa boczna Ró˝ne P∏uca - [11]
˚y∏a ogonowa boczna Rak gruczo∏u krokowego KoÊci: kr´gi l´dêwiowe, P∏uca [18,19]
+ zamkni´cie ˝y∏y czczej miednica, udo
˚y∏a wrotna Rak jelita grubego Wàtroba - [11]
Âledziona Rak jelita grubego, ˝o∏àdka Wàtroba Nerki, w´z∏y ch∏onne, [20]
p´cherzyki nasienne
Serce – lewa komora Rak piersi Mózg Nerki, p∏uca [16]
dlenia p∏uc [11]. Gdy dodatkowo zostanie podwiàzana
˝y∏a czcza – wprowadzone komórki (raka gruczo∏u kroko- wego) cz´Êciej zasiedlajà koÊci ni˝ p∏uca [18, 19]. W celu uzyskania przerzutów do wàtroby (np. komórek raków przewodu pokarmowego, gruczo∏u krokowego lub innych) komórki nowotworowe wstrzykuje si´ do ˝y∏y wrotnej lub do Êledziony [11, 20].
W pracach doÊwiadczalnych (w tym i w∏asnych) z za- stosowaniem ksenoprzeszczepów ludzkiego raka jelita grubego myszom bezgrasiczym stosowano iniekcje doÊle- dzionowe (i.s.), dzi´ki którym mo˝na wykazaç zdolnoÊç komórek tego nowotworu do tworzenia przerzutów w wà- trobie [20]. Podnoszone sà jednak zastrze˝enia zwiàzane ze stosowaniem tej drogi wprowadzania komórek nowo- tworowych. Dotyczà one przede wszystkim obserwowane- go cz´sto przep∏ywu komórek nowotworowych ˝y∏à wrot- nà bezpoÊrednio do wàtroby, bez rozwoju guza pierwotne- go w Êledzionie, a co za tym idzie, opuszczenia istotnego etapu w wielostopniowym procesie przerzutowania [21, 22]. Komórki nowotworowe, które zosta∏y wprowadzone do bogato unaczynionego mià˝szu Êledziony, zasiedlaç mogà wàtrob´ nie dzi´ki swoistemu tropizmowi narzà- dowemu, ale raczej dzi´ki czopowaniu naczyƒ krwiono- Ênych wàtroby. Dlatego te˝ model ten okreÊla si´ raczej modelem zasiedlania ni˝ przerzutowania [23] lub mode- lem eksperymentalnego przerzutowania, zbli˝onym do iniekcji do˝ylnej [24]. Niektórzy autorzy podkreÊlajà jed- nak przydatnoÊç podania doÊledzionowego, zw∏aszcza dla zbadania zdolnoÊci komórek nowotworowych do koloni- zacji wàtroby. Okazuje si´, ˝e np. w przypadku ludzkiego raka nerki podanego i.s. myszom bezgrasiczym, nie po- wstajà przerzuty w wàtrobie [25], natomiast komórki linii ludzkiego raka okr´˝nicy CX-1, podane w ten sam sposób, ju˝ w ciàgu 30 sekund po podaniu obecne sà w zatokach
˝ylnych wàtroby, tworzàc ogniska przerzutowe. Oko∏o 0,5% tych komórek opuszcza wàtrob´, zasiedlajàc p∏uca, co jest, jak si´ przyjmuje, nast´pstwem szczególnych w∏a- ÊciwoÊci komórek nowotworowych [24]. Wykazujà one zró˝nicowanà zdolnoÊç do prze˝ycia w mikrokrà˝eniu wà- trobowym, do przylegania do Êródb∏onka naczyƒ krwiono- Ênych wàtroby oraz do migracji i proliferacji w Êrodowisku mià˝szu wàtroby, prawdopodobnie ze wzgl´du na zró˝ni- cowanà wra˝liwoÊç na dzia∏anie cytotoksyczne komórek uk∏adu odpornoÊciowego w wàtrobie (np. komórek Kupf- fera) [24].
Przerzuty naturalne (spontaniczne)
Przerzuty naturalne, tzw. spontaniczne, uzyskuje si´ po przeszczepieniu komórek nowotworowych podskórnie (s.c.), domi´Êniowo (i.m.) lub do narzàdu, z którego po- chodzi nowotwór (ortotopowo), co umo˝liwia Êledzenie poszczególnych etapów z∏o˝onego procesu przerzutowa- nia.
Do doÊwiadczeƒ z zastosowaniem np. komórek raka jelita lub p∏uc wykorzystuje si´ tak˝e wstrzykni´cie pod torebk´ nerki (src) [26]. Jednak˝e, Êrodowisko, jakie stwarza si´ w ten sposób komórkom nowotworowym, nie mo˝e zastàpiç miejsca, w którym rozwijajà si´ one natu-
ralnie. Dynamika wzrostu miejscowego i zdolnoÊç do tworzenia przerzutów odbiegajà od warunków natural- nych, które spe∏nione sà w przypadku przeszczepu orto- topowego [27].
Najcz´stszym miejscem wszczepiania komórek no- wotworowych w celu otrzymania przerzutów spontanicz- nych jest tkanka podskórna. W wyniku podskórnego prze- szczepienia ludzkich komórek nowotworowych myszom bezgrasiczym, dochodzi do rozwoju nowotworu w miejscu wszczepienia, jednak˝e bardzo rzadko dochodzi do rozwo- ju przerzutów [28].
Wobec napotykanych trudnoÊci w uzyskaniu dogod- nego modelu dla przerzutów spontanicznych, po prze- szczepieniu komórek nowotworowych podskórnie, czy pod torebk´ nerki, opracowano model ortotopowy, w któ- rym zawiesin´ komórek nowotworowych lub fragment guza umieszcza si´ w narzàdzie, z którego nowotwór pier- wotnie si´ wywodzi (Tab. II) [29]. Najwi´kszy wk∏ad w ba- dania dotyczàce doskonalenia technik przeszczepiania nowotworów i w konsekwencji opracowania modeli prze- szczepów ortotopowych nowotworów doÊwiadczalnych w∏o˝yli naukowcy z grupy Fidlera [7, 28, 30, 31] oraz z gru- py Hoffmana [29]. Stosuje si´ dwie zasadnicze metody wykonywania przeszczepów ortotopowych: wstrzykiwa- nie zawiesiny komórek nowotworowych oraz, uwa˝ana za doskonalszà, metoda mikrochirurgiczna, polegajàca na wprowadzaniu i umocowaniu (np. przez wszycie) w od- powiednim narzàdzie skrawków guza nowotworowego (SOI – surgical orthotopic implantation). Zaletà tej ostat- niej techniki jest zachowanie oddzia∏ywaƒ mi´dzykomór- kowych we wprowadzanych fragmentach guza nowotwo- rowego [23, 29, 32, 33]. Szczegó∏owy opis modeli ortoto- powych dla ró˝nych typów nowotworów oraz lokalizacj´
przerzutów przedstawiono w Tabeli II.
Szczególnym modelem doÊwiadczalnym, w którym uzyskaç mo˝na oddzia∏ywanie ludzkich komórek nowo- tworowych z ludzkà tkankà otaczajàcà nowotwór, jest przeszczepianie ludzkich komórek czerniaka myszy bez- grasiczej, której wczeÊniej przeszczepiono fragment ludz- kiej skóry. W takich warunkach rozwija si´ guz nowotwo- rowy, wykorzystujàcy ludzkie Êródb∏onki. Mysie Êródb∏on- ki widoczne sà tylko na obrze˝u przeszczepionego fragmentu skóry. W ten sposób uzyskano wy˝szy odse- tek przerzutów w p∏ucach w porównaniu z konwencjo- nalnym ksenoprzeszczepem ortotopowym [34]. Metoda ta ograniczona jest tylko do przeszczepiania nowotworów wywodzàcych si´ ze skóry.
Wykazano, ˝e komórki nowotworowe przeszczepia- ne ortotopowo ró˝nià si´ dynamikà wzrostu miejscowego i rozwojem przerzutów w porównaniu do komórek prze- szczepianych podskórnie [28, 29]. Przyk∏ady zró˝nicowa- nej lokalizacji przerzutów mysich nowotworów, zale˝nej od umiejscowienia guza pierwotnego, zestawiono w ta- beli III (dane pochodzàce z doÊwiadczeƒ w∏asnych). Gu- zy nowotworowe, rosnàce pod skórà, otoczone sà torebkà
∏àcznotkankowà, której nie obserwuje si´, gdy ten sam nowotwór przeszczepiony jest ortotopowo [28, 29]. Po- nadto obserwuje si´ ich ubo˝sze unaczynienie, byç mo˝e zwiàzane z obni˝onym wytwarzaniem czynników angio-
gennych (np. bFGF, VEGF czy IL-8) [35-37] oraz obni˝o- nà produkcjà enzymów proteolitycznych, uczestniczàcych w degradacji macierzy pozakomórkowej [3, 25, 37, 38].
Stosujàc model ludzkiego raka nerki, przeszczepianego myszom bezgrasiczym, wykazano, ˝e produkcja urokinazo- wego aktywatora plazminogenu (u-PA) jest obni˝ona w guzach rosnàcych podskórnie, w porównaniu z guza- mi rosnàcymi w nerce i przerzutami powstajàcymi w na- st´pstwie rozwoju guza po przeszczepie donerkowym [38].
Podobne zale˝noÊci obserwowano dla kolagenazy IV [39]
i ˝elatynazy [40]. W wyjaÊnianiu obserwowanych ró˝nic
bierze si´ pod uwag´ m.in. szczególne cechy fibroblastów pochodzàcych z ró˝nych narzàdów. Wykazano, ˝e hodow- la in vitro komórek ludzkiego raka nerki z fibroblastami, pochodzàcymi z ró˝nych narzàdów myszy, prowadzi do obni˝enia (w przypadku fibroblastów skórnych) lub zwi´k- szenia (w obecnoÊci fibroblastów pochodzàcych z nerki lub p∏uc) wytwarzania w/w czynników. Wyniki tych do- Êwiadczeƒ wyraênie wskazujà na wa˝noÊç uwzgl´dnienia udzia∏u mikroÊrodowiska, otaczajàcego rozwijajàcy si´
nowotwór, w wyborze modelu u˝ywanego do badaƒ nad procesem nowotworowym.
Tab. II. Przyk∏ady zastosowania modeli ortotopowych w badaniach nad biologià procesu nowotworowego i przerzutowania
Pochodzenie Miejsce transplantacji Przerzuty PiÊmiennictwo
nowotworu
Jama ustna Dno jamy ustnej P∏uca [46]
Okr´˝nica Âciana jelita – wstrzykni´cie zawiesiny komórek Niski procent – wàtroba, w´z∏y ch∏onne [47]
B∏ona surowicza lub podsurowicza Êciany jelita Êlepego Wàtroba, w´z∏y ch∏onne, karcinomatoza jamy [22,23,48,49]
lub okr´˝nicy – wszycie skrawków guza brzusznej
˚o∏àdek B∏ona podsurowicza
- wstrzykni´cie zawiesiny komórek W´z∏y ch∏onne (7%) [23]
- wszycie skrawków guza W´z∏y ch∏onne (100%), wàtroba (70%), p∏uca, [23,50]
trzustka, nadnercza, nerki, rozsiew otrzewnowy
Wàtroba Wàtroba W´z∏y ch∏onne, p∏uca, rozsiew otrzewnowy [51]
Sutek Poduszeczka t∏uszczowa sutka – wstrzykni´cie zawiesiny W´z∏y ch∏onne, p∏uca [16]
komórek lub wszycie skrawków guza
Jajnik Pod torebk´ jajnika – wszycie skrawków guza Otrzewna, jelito grube, sieç [52]
P∏uca Oskrzela – wstrzykni´cie zawiesiny komórek Brak przerzutów [53]
Jama op∏ucnej – wstrzykni´cie zawiesiny komórek Brak przerzutów [54]
P∏uco – wszycie skrawków guza Drugie p∏uco, regionalne i odleg∏e w´z∏y ch∏onne [27]
˚y∏a ogonowa boczna – wstrzykni´cie zawiesiny komórek P∏uca, serce, wàtroba [44]
Trzustka Mià˝sz trzustki – wstrzykni´cie zawiesiny komórek lub Naciekanie Êciany ˝o∏àdka i dwunastnicy [45,55]
wszycie skrawków guza przerzuty: wàtroba, Êledziona, w´z∏y ch∏onne regionalne i odleg∏e, nadnercza, przepona
Gruczo∏ krokowy Mià˝sz bocznego p∏ata prostaty - wstrzykni´cie Moczowody, p´cherz moczowy, p´cherzyki [19,33,56]
zawiesiny komórek lub wszycie skrawków guza nasienne, p∏uca, w´z∏y ch∏onne
Nerka Pod torebk´ nerki lub do mià˝szu nerki – wstrzykni´cie P∏uca, przepona, w´z∏y ch∏onne, wàtroba, [25,38]
zawiesiny komórek trzustka, p´cherzyki nasienne
P´cherz Âciana p´cherza moczowego – wszycie lub przyklejenie Regionalne w´z∏y ch∏onne, wàtroba, trzustka, [57]
moczowy skrawków guza przepona, p∏uca, sieç
Op∏ucna Jama op∏ucnej – wszycie skrawków guza P∏uca, wàtroba [58]
Czerniak, Skóra – Êródskórnie P∏uca, w´z∏y ch∏onne, mózg [59]
czerniak oka Komora oka – wstrzykni´cie zawiesiny komórek
Neuroblastoma Nadnercze – wstrzykni´cie zawiesiny komórek Brak przerzutów [60]
Mi´sak koÊci KoÊç piszczelowa – wstrzykni´cie zawiesiny komórek P∏uca, regionalne i odleg∏e w´z∏y ch∏onne, [61]
(osteosarcoma) lub wprowadzenie skrawków guza wàtroba
Tabela III. Preferencje narzàdowe w lokalizacji przerzutów w zale˝noÊci od zastosowanej drogi podania mysich komórek nowotworowych*
Nowotwór Lokalizacja przerzutów w zale˝noÊci od drogi podania
s.c i.p. i.v. i.s. src ortotopowa
rak sutka w´z∏y wàtroba p∏uca wàtroba p∏uca, p∏uca
16/C ch∏onne p∏uca Êledziona
Êledziona wàtroba
czerniak p∏uca p∏uca, nerki p∏uca wàtroba p∏uca, p∏uca
B16 wàtroba Êledziona,
Êledziona wàtroba
rak p∏uc Lewis p∏uca Êledziona p∏uca wàtroba Êledziona p∏uca, serce
LL2 wàtroba
rak okr´˝nicy w´z∏y Êledziona p∏uca wàtroba Êledziona w´z∏y ch∏.,
C38 ch∏onne wàtroba wàtroba
* na podstawie w∏asnych, niepublikowanych danych
Ludzkie komórki nowotworowe pochodzàce z raka
˝o∏àdka, przeszczepione ortotopowo myszom bezgrasi- czym, wykazujà wy˝szy poziom glikoproteiny-P, zwiàza- nej z opornoÊcià wielolekowà, ni˝ te same komórki po podaniu ektopowym [32]. JeÊli komórki pobrane z prze- rzutu wàtrobowego hodowano in vitro, ekspresja gliko- proteiny-P obni˝a∏a si´ stopniowo do poziomu obserwo- wanego w komórkach linii wyjÊciowej. Sugeruje to, ˝e na poziom wytwarzania tego bia∏ka mogà wywieraç wp∏yw czynniki obecne w Êrodowisku oko∏onowotworo- wym. Mo˝e to stanowiç jedno z wyjaÊnieƒ zró˝nicowania wra˝liwoÊci komórek nowotworowych na terapi´ w za- le˝noÊci od lokalizacji pierwotnego ogniska nowotworowe- go [7, 41-43].
Zarówno na modelu mysiego (CT-29), jak i ludzkie- go (KM12L4) raka okr´˝nicy, przeszczepianego myszom, a wi´c zarówno w uk∏adzie syngenicznym i ksenogenicz- nym, wykazano, ˝e efekt terapii przeciwnowotworowej zale˝ny jest od bezpoÊredniego Êrodowiska, w którym roz- wija si´ nowotwór. Stwierdzono zró˝nicowanà wra˝liwoÊç na doksorubicyn´ (DXR) i 5-fluorouracyl (5-FU) myszy obarczonych tymi nowotworami, rosnàcymi po wszcze- pieniu ró˝nymi drogami. Przerzuty wàtrobowe, obserwo- wane zarówno po przeszczepie ortotopowym, jak i po po- daniu i.s., okaza∏y si´ niewra˝liwe na DXR i 5-FU. Zmia- ny nowotworowe rozwijajàce si´ w p∏ucach, po iniekcji komórek nowotworowych i.v., by∏y oporne tylko na DXR.
Natomiast guzy rosnàce podskórnie okaza∏y si´ wra˝liwe na ten lek. Z kolei guzy pierwotne w Êledzionie (po poda- niu i.s.) i w jelicie (po przeszczepie ortotopowym) wykaza-
∏y wy˝szà wra˝liwoÊç na leczenie 5-FU ni˝ DXR [7].
Zró˝nicowanà wra˝liwoÊç na terapi´ przeciwnowo- tworowà, zale˝nà od drogi wszczepienia nowotworu, zaob- serwowano równie˝ w innych modelach mysich przeszcze- pialnych nowotworów, a mianowicie w czerniaku B16F-10 i raku p∏uc Lewis [Wietrzyk i wsp. 1999, dane niepubliko- wane]. W doÊwiadczeniach tych kojarzono podawanie cy- tostatyku (cyklofosfamid, 100mg/kg, jednorazowo – CY) z preparatem antyangiogennym – genisteinà (100mg/kg przez 10 kolejnych dni).
U myszy obarczonych czerniakiem B16F-10, rosnà- cym po podaniu do˝ylnym lub Êródskórnym (ortotopo- wym), zastosowane programy leczenia okaza∏y si´ podob- nie skuteczne. Po do˝ylnym podaniu komórek czernia- ka, stosowanie CY prowadzi∏o do 38% zahamowania rozwoju kolonii nowotworowych w p∏ucach. Stosowanie genisteiny powodowa∏o 27% zahamowanie liczby prze- rzutów w p∏ucach. Natomiast skojarzone leczenie, tj. po- danie CY, a nast´pnie genisteiny, powodowa∏o 66% zaha- mowanie rozwoju kolonii nowotworowych w p∏ucach w odniesieniu do kontroli. Gdy nowotwór rozwija∏ si´
Êródskórnie po podaniu ortotopowym, stosowanie CY prowadzi∏o do 58% zahamowania wzrostu guza pierwot- nego, podawanie genisteiny – 42% zahamowania, a skoja- rzone leczenie prowadzi∏o do 69% zahamowania wzrostu guza pierwotnego. Po dootrzewnowym przeszczepie no- wotworu nie obserwowano efektu terapeutycznego ani CY ani genisteiny stosowanych i.p. oddzielnie. Natomiast skojarzone leczenie prowadzi∏o do statystycznie istotnego
przed∏u˝enia czasu ˝ycia zwierzàt ponad czas ˝ycia nie leczonej kontroli (22,5%).
U myszy zaszczepionych ró˝nymi drogami komór- kami raka p∏uc Lewis obserwowano, ˝e efektywnoÊç prze- ciwprzerzutowa stosowania wy∏àcznie CY i skojarzone- go podawania CY oraz genisteiny jest wysoka, zarówno po do˝ylnym podaniu komórek nowotworowych (81 i 85%
zahamowania liczby kolonii w p∏ucach w porównaniu do kontroli), jak i po wszczepieniu podskórnym komórek nowotworowych (82 i 87% zahamowania liczby kolonii w p∏ucach). Jednak˝e, zdolnoÊç tych preparatów, stosowa- nych systemowo (i.p.), do zahamowania przyrostu masy guza podskórnego jest ni˝sza (48 i 55%). Podawanie wy-
∏àcznie genisteiny powodowa∏o wysokà efektywnoÊç te- rapeutycznà jedynie w odniesieniu do redukcji liczby ko- lonii w p∏ucach, po wprowadzeniu komórek nowotworo- wych do˝ylnie (94% redukcji liczby kolonii). Gdy nowotwór ten wszczepiono podskórnie, dzia∏anie geni- steiny by∏o wyraênie s∏absze – liczba kolonii w p∏ucach obni˝y∏a si´ o 45%, a masa guza pierwotnego o 34%
w porównaniu do wartoÊci kontrolnych [Wietrzyk i wsp.
1999, dane niepublikowane].
Stosujàc iniekcj´ do˝ylnà, uznawanà jako ortotopowà drog´ podania komórek ludzkiego drobnokomórkowe- go raka p∏uc myszom bezgrasiczym wykazano [43, 44], ˝e odpowiedê myszy na stosowanie cisplatyny (CP) lub mito- mycyny (MMC) ró˝ni si´ od odpowiedzi po wszczepieniu s.c. komórek nowotworowych [44]. W przypadku podania ortotopowego (i.v.) uzyskano dobry efekt terapeutyczny, stosujàc CP; podanie MMC nie by∏o skuteczne. Podobny typ wra˝liwoÊci i opornoÊci obserwuje si´ u pacjentów chorych na raka p∏uc. Natomiast po wszczepieniu s.c. ko- mórek nowotworowych, nowotwór okaza∏ si´ niewra˝liwy na stosowanie CP, a wra˝liwy na MMC [44].
W innym eksperymencie terapeutycznym myszom bezgrasiczym wszczepiano podskórnie lub ortotopowo komórki linii ludzkiego raka trzustki PANC-4. Stosowano nast´pnie MMC lub 5-FU, uzyskujàc ma∏o znaczàcy efekt w przypadku guzów rosnàcych podskórnie. Natomiast w przypadku guzów rosnàcych ortotopowo, po stosowaniu 5-FU, zahamowanie wzrostu guzów miejscowych by∏o nieznaczne i wynosi∏o tylko 20% w stosunku do kontroli.
5-FU nie mia∏ równie˝ wp∏ywu na rozwój przerzutów.
Zastosowanie w tym modelu MMC, prowadzi∏o do 54%
zahamowania przyrostu masy guzów pierwotnych, rosnà- cych w trzustce. U zwierzàt tych nie stwierdzono obec- noÊci przerzutów w wàtrobie i w otrzewnej [45].
W ciàgu ostatnich lat znacznie pog∏´biono wiedz´
na temat mechanizmu procesu przerzutowania i mo˝li- woÊci ingerowania w ten proces, poznajàc nowe cele dla potencjalnej terapii przeciwnowotworowej, uwzgl´d- niajàcej dzia∏anie przeciwprzerzutowe. Jednak w prakty- ce klinicznej, obecnoÊç przerzutów jest nadal czynni- kiem zwiàzanym ze z∏ym rokowaniem, m.in. ze wzgl´du na niewra˝liwoÊç w tej fazie rozwoju choroby nowotworo- wej na stosowane leki i strategie leczenia. Niezwykle wa˝- nym wydaje si´ wi´c wzbogacenie aktualnie stosowa- nych modeli doÊwiadczalnych w terapii przeciwnowotwo- rowej, o nowe modele umo˝liwiajàce g∏´bsze rozumienie
z∏o˝onego procesu przerzutowania oraz badanie nowych czynników i strategii efektywnego leczenia przeciwprze- rzutowego.
Dr Adam Opolski
Zak∏ad Immunologii Nowotworów
Instytut Immunologii i Terapii DoÊwiadczalnej PAN ul. R. Weigla 12
53-114 Wroc∏aw
e-mail opolski@immuno.iitd.pan.wroc.pl
PiÊmiennictwo
1. Gutman M, Fidler IJ. Biology of human colon cancer metastasis. World J Surg 1995; 19: 226-34.
2. Slack NH, Bross JDJ. The influence of site of metastasis on tumor growth and response to chemotherapy. Br J Cancer 1975; 32: 78-86.
3. Singh RK, Tsan R, Radinsky R Influence of the host microenvironment on the clonal selection of human colon carcinoma cells during primary tumor growth and metastasis. Clin Exp Metastasis 1997; 15: 140-50.
4. Price JE. Analyzing the metastatic phenotype. J Cellular Bioch 1994; 56:
16-22.
5. Staroselsky A N, Radinsky R, Fidler IJ i wsp. The use of molecular gene- tic markers to demonstrate the effect of organ environment on clonal dominance in a human renal-cell carcinoma grown in nude mice. Int J Cancer 1992; 51: 130-38.
6. Kitadai Y, Radinsky R, Bucana CD i wsp. Regulation of carcinoembrio- nic antigen expression in human colon carcinoma cells by the organ micro- environment. Am J Pathol 1996; 149: 1157-66.
7. Fidler IJ, Wilmanns C, Staroselsky A i wsp. Modulation of tumor cell response to chemotherapy by the organ environment. Cancer Metastasis Rev 1994; 13: 209-22.
8. Fidler IJ. Selection of successive tumor lines for metastasis. Nature (New Biol) 1973; 242: 148-9.
9. Corbett HT, Griswold DP, Roberts BJ i wsp. Biology and therapeutic re- sponse of a mouse mammary adenocarcinoma (16/C) and its potential as a model for surgical adjuvant chemotherapy. Canc Treat Rep 1978; 62:
1471-88.
10. Mulé JJ, Jicha DL, Rosenberg S.A. The use of congenitally immunodefi- cient mice to study human tumor metastases and immunotherapy. J Im- munother 1992; 12: 196-8.
11. Manzotti C, Audisio RA, Pratesi G. Importance of orthotopic implanta- tion for human tumors as model systems: relevance to metastasis and invasion. Clin Exp Metastasis 1993; 11: 5-14.
12. Paget S. The distribution of secondary growths in cancer of the breast.
Lancet 1889; 1: 571-3.
13. Welch DR. Technical considerations for studying cancer metastasis in vi- vo. Clin Exp Metastasis 1997; 15: 272-306.
14. Radzikowski C, Opolski A. Post´p w badaniach nad problemem prze- rzutów nowotworowych. Nowotwory 1998; 40 (supl. 1): 3-19.
15. Radzikowski C, Opolski A, Wietrzyk J. Rola angiogenezy w dynamice wzrostu nowotworu. Post Hig Med DoÊw 1998; 52: 553-76.
16. Price JE Metastasis from human breast cancer cell lines. Breast Cancer Res Treat 1996; 39: 93-102.
17. Miner KM, Kawaguchi T, Uba GW i wsp. Clonal drift of cell surface, melanogenic and experimental metastasis properties of in vivo-selected brain meninges-colonizing murine B16 melanoma. Cancer Res 1982; 42:
4631-8.
18. Shverin DH, Kukreja SC, Ghosh L i wsp. Development of skeletal meta- stasis by human prostate cancer in athymic nude mice. Clin Exp Metasta- sis 1988; 6: 401-9.
19. Rembrink K, Romijn JC, van der Kwast TH i wsp. Orthotopic implanta- tion of human prostate cancer cell lines: a clinically relevant animal mo- del for metastatic prostate cancer. Prostate 1997; 31: 168-74.
20. Giavazzi R, Jessup JM, Campbell DE i wsp. Experimental nude mouse model of human colorectal cancer liver metastases. J Natl Cancer Inst 1986; 77: 1303-8.
21. Opolski A, Wietrzyk J, DuÊ D i wsp. Metastatic potential and saccharide antigens expression of human colon cancer cells xenotransplanted into athymic nude mice. Folia Microbiol 1998; 43: 507-10.
22. Opolski A, Laskowska A, Madej J i wsp. Metastatic potential of human CX-1 colon adenocarcinoma cells is dependent on the expression of sia- losyl Leaantigen. Clin Exp Metastasis 1998; 16: 673-681.
23. Kubota T. Metastatic models of human cancer xenografted in the nude mi- ce: the importance of orthotopic transplantation. J Cell Bioch 1994; 56: 4- -8.
24. Ishii S, Mizoi T, Kawano K i wsp. Implantation of human colorectal carci- noma cells in the liver studied by in vivo fluorescence videomicroscopy.
Clin Exp Metastasis 1996; 14: 153-64.
25. Naito S, von Eschenbach AC, Fidler IJ. Different growth pattern and biologic behavior of human renal cell carcinoma implanted into diffe- rent organs of nude mice. J Natl Cancer Inst 1987; 78: 377-85.
26. Khleif SN, Curt GA Animal models in drug development. W: Holland J.
F., i wsp. (red.) Cancer Medicine. London: Lea & Febiger. Philadelphia;
1993, XV-5: s. 653-66.
27. Wang X, Fu X, Hoffman RM A patient-like metastasising model of hu- man lung adenocarcinoma constructed via thoracotomy in nude mice.
Anticancer Res 1992; 12: 1399-402.
28. Fidler IJ. Critical factors in the biology of human cancer metastasis:
twenty-eighth G. H. A. Clowes Memorial Award Lecture. Cancer Res 1990; 50: 6130-8.
29. Hoffman RM. Ortothopic is orthodox: why are orthotopic-transplant metastatic models different from all other models? J Cell Bioch 1994;
56: 1-3.
30. Fidler IJ. The biology of human cancer metastasis. Acta Oncol 1991; 30:
668-75.
31. Fidler IJ. Orthotopic implantation of human colon carcinomas into nude mice provides a valuable model for the biology and therapy of metastasis.
Cancer Metastasis Rev 1991; 10: 229-43.
32. Furukawa T, Kubota T, Watanabe M i wsp. Differential chemosensitivity of local and metastatic human gastric cancer after orthotopic transplantation of histologically intact tumor tissue in nude mice. Int J Cancer 1993; 54:
397-401.
33. An Z, Wang X, Geller J i wsp. Surgical orthotopic implantation allows high lung and lymph node metastatic expression of human prostate carci- noma cell line PC-3 in nude mice. Prostate 1998; 34: 169-74.
34. Juhasz I, Albelda SM, Elder DE i wsp. Growth and invasion of human melanomas in human skin grafted to immunodeficient mice. Am J Pathol 1993; 143: 528-37.
35. Singh RK, Bucana CD, Gutman M i wsp. Organ site-dependent expres- sion of basic fibroblast growth factor in human renal cell carcinoma cells.
Am J Pathol 1994; 145: 365-74.
36. Fukumura D, Yuan F, Monsky WL i wsp. Effect of host microenvironment on the microcirculation of human colon adenocarcinoma. Am J Pathol 1997; 151: 679-88.
37. Greene GF, Kitadai Y, Pattaway CA i wsp. Correlation of metastasis-re- lated gene expression with metastatic potential in human prostate carcino- ma cells implanted in nude mice using an in situ messenger RNA hybridi- sation technique. Am J Pathol 1997; 150: 1571-82.
38. Gohji K, Nakajima M, Boyd D i wsp. Organ-site dependence for the pro- duction of urokinaze-type plasminogen activator and metastasis by human renal cell carcinoma cells. Am J Pathol 1997; 151: 1655-61.
39. Gohji K, Kamidono S. Role of organ-specific fibroblasts in metastasis of human renal cell carcinoma: regulation of type IV collagenase production from human renal cell carcinoma by organ-specific fibroblasts. Hinyokiko Kiyo 1994; 40: 909-17.
40. Gohji K, Nakajima M, Fabra A i wsp. Regulation of gelatinase production in metastatic renal cell carcinoma by organ-specific fibroblasts. Jpn J Can- cer Res 1994; 85: 152-60.
41. Dong Z, Radinsky R, Fan D i wsp. Organ-specific modulation of steady- -state mdr gene expression and drug resistance in murine colon cancer cells. J Natl Cancer Inst 1994; 86: 913-20.
42. Kuo T-H, Kubota T, Watanbe M i wsp. Site-specific chemosensitivity of hu- man small-cell lung carcinoma growing orthotopically compared to subcu- taneously in SCID mice: the importance of orthotopic models to obtain relevant drug evaluation data. Anticancer Res 1993;13: 627-30.
43. Guilbaud N, Kraus-Berthier L, Saint-Dizier D i wsp. Antitumor activity of S 16020-2 in two orthotopic models of lung cancer. Anti-Cancer Drugs 1997; 8: 276-82.
44. Kuo T-H, Kubota T, Watanabe M i wsp. Orthotopic reconstitution of hu- man small-cell lung carcinoma after intravenous transplantation in SCID mice. Anticancer Res 1992; 12: 1407-10.
45. Furukawa T, Kubota T, Watanabe M i wsp. A novel „patient-like” treat- ment model of human pancreatic cancer constructed using orthotopic transplantation of histologically intact human tumor tissue in nude mice.
Cancer Res 1993; 53: 3070-2.
46. Davies M, Prime SS, Stone AM i wsp. Overexpression of autocrine TGF- -beta 1 suppresses the growth of spindle epithelial cells in vitro and in vi-
