Konzentrationsabhängige Effekte von Curcumin, Salinomycin, Midostaurin und Fenretinide auf die Hoechst 33342 Side Population der Zelllinie KG-1a

Abstract

Akute Leukämien stellen eine häufige maligne Erkrankung sowohl im Kindes- als auch im Erwachsenenalter dar. Sie sind gekennzeichnet durch einen ausgesprochen aggressiven Verlauf, hohe Rezidivraten und eine schlechte Prognose. Trotz großer Therapiefortschritte erleiden weiterhin viele Patienten einen Rückfall. Forscher gehen davon aus, dass die Ursache eines solchen Rückfalls leukämische Stammzellen sind, die durch die medikamentöse Behandlung nicht komplett vernichtet werden konnten. Leukämische Stammzellen besitzen zahlreiche Eigenschaften, die unter anderem auch hämatopoetische Stammzellen aufweisen, wie etwa die Fähigkeit zur Selbsterneuerung, selbstinduzierte Proliferationsstimulation und Anti-Apoptose-Mechanismen. Zudem verfügen sie über Resistenzmechanismen gegen Chemotherapeutika und spielen somit eine enorme Rolle für den Rückfall nach bereits erfolgter chemotherapeutischer Behandlung. Zellen der Zelllinie KG-1a weisen diese speziellen Eigenschaften auf und bieten sich somit als ideales Zielmodell für die Untersuchung leukämischer Stammzellen und die Ausarbeitung potenzieller Behandlungsmöglichkeiten an. Dieser Ausgangspunkt führte zur Zielsetzung der vorliegenden Doktorarbeit. Insbesondere gilt es das Ansprechen unreifer KG-1a Zellen mit Stammzelleigenschaften auf Medikamentensubstanzen zu untersuchen, die als potenzielle AML-Therapeutika fungieren. Genauer wurden die Auswirkungen von vier Substanzen (Curcumin, Salinomycin, Midostaurin und Fenretinide) auf die Stammzellpopulation der Zelllinie KG-1a in Abhängigkeit von der Inkubationsdauer (24, 48 und 72 Stunden) und Konzentrationsmenge der jeweiligen Substanz untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit haben wir zum einen die differenziellen zytotoxischen Effekte der vier untersuchten Substanzen auf die Zellen der Zelllinie KG-1a untersucht. Zum anderen wurden die differenziellen Effekte von den vier Substanzen auf den Anteil unreifen KG-1a Zellen mit Stammzelleigenschaften untersucht. Es hat sich gezeigt, dass alle untersuchten Substanzen in einem unterschiedlichen Ausmaß durch Aktivierung bzw. Hemmung verschiedener Signalwege die Zellzytotoxizität positiv beeinflusst haben. Die Behandlung mit Salinomycin und Midostaurin führte insbesondere zu einem großen Anstieg der zellspezifischen Zytotoxizität bereits nach einer Behandlungsdauer von 24 Stunden und erzielte nach 72 Stunden Inkubationsdauer die höchsten Werte für den Anteil toter Zellen nach einer Behandlung mit den höchsten im Rahmen unserer Untersuchungen verwendeten Konzentrationen der beiden Substanzen. Ein anderer wichtiger Bestandteil dieser Ausarbeitung war es den Effekt dieser vier Substanzen auf die unreifen KG-1a Zellen mit Stammzelleigenschaften zu untersuchen. Diesbezüglich haben die von uns erhobenen Daten gezeigt, dass die Behandlung von KG-1a-Zellen mit den untersuchten Substanzen zum einen zu einer Reduktion der diploiden sowie tetraploiden Side Population führen kann, wie es bei den Versuchsreihen mit Midostaurin und Salinomycin der Fall war, zum anderen aber auch zu einer Dosis-abhängigen Proliferationsstimulation und dadurch wiederum zu einem prozentualen Anstieg der diploiden und tetraploiden Side Population an der jeweiligen Hauptpopulation. Dies war besonders gut bei den Versuchen mit Curcumin zu beobachten. In Bezug auf die Wirkung von Fenretinide auf die KG-1a-Zellen konnten starke Schwankungen sowohl dosisabhängig und in Abhängigkeit von der Behandlungsdauer als auch zwischen den einzelnen Versuchsreihen selbst beobachtet werden. Trotz stark voneinander abweichenden Werten konnte eine schwache bis mäßige Zunahme der zellspezifischen Zytotoxizität gemessen werden. Bezüglich der Wirkung auf die diploide und tetraploide Stammzellpopulation sind die erhobenen Daten nicht einheitlich und zu sehr durch eine dosisunabhängige sowie Behandlungsdauer-unabhängige Schwankung geprägt.

Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit werden in die weitere Forschungsarbeit der AG Ebinger eingehen. Die Auswirkungen der vier untersuchten Substanzen auf die putativen leukämischen Stammzellen in einem in-vitro-Modell schaffen eine Grundlage für weiterführende Untersuchungen. Unsere Ergebnisse, sowie die Ergebnisse bisher publizierter Studien haben gezeigt, dass es durchaus vielversprechende Substanzen gibt, die zu einer signifikanten Reduktion der leukämischen Vorläuferzellen und somit zu einer Verbesserung des Gesamt-Outcomes bei Patienten mit AML führen können.