Combined Effect of Topotecan and Irradiation on the Survival and the Induction of Chromosome Aberrations in Vitro

Background:

Topotecan demonstrated radiosensitizing effects in vivo and in vitro, which are schedule- and cell line department. The underlying mechanisms are not fully understood. Topotecan interferes with DNA replication, transcription, and repair and may thus increase the frequency of radiation-induced lethal chromosome aberrations.

Material and Methods: U-373 MG glioblastoma cells, WiDr colon adeno-carcinoma cells, as well as normal human fibroblasts and lymphocytes were irradiated (0–6 Gy) and exposed to varying topotecan doses (0.01–10 μM) always 15 minutes before and either 1 hour after (short-term) or 24 hours after (long-term) irradiation. Survival was measured by colony-forming assays, and chromosome aberrations were scored in Giemsa-stained metaphase spreads. Unirradiated cells served as specific controls

Results: Topotecan alone reduced the clonogenic cell survival in a concentration- and time-dependent manner, and radiosensitization was observed for all cell lines tested. There was no correlation between clonogenic cell survival and the frequencies of treatment-induced chromosomal aberrations, neither in tumor cells nor in fibroblasts. In contrast, in lymphocytes increased frequencies of radiation-induced dicentric chromosomes were seen after the combined treatment.

Conclusion: In certain cell types combined radiation/topotecan treatment may lead to increased frequencies of lethal chromosome aberrations. However, there is no evidence that the increased formation of lethal chromosome aberrations plays an important role in the topotecan-induced radiosensitization of human tumors.

Hintergrund:

Eine positive Interaktion von Topotecan und ionisierender Strahlung wird sowohl in vivo als auch in vitro vom Zeitpunkt und der Dauer der Applikation beeinflusst. Des Weiteren ist sie bei verschiedenen Tumoren und Normalgeweben unterschiedlich ausgeprägt. Der Mechanismus der Topotecan-induzierten Strahlensensibilisierung ist noch nicht volständig aufgeklärt. Topotecan beeinflusst die DNA-Replikation, -Transkription und -Reparatur und könnte somit die Häufigkeit strahleninduzierter letaler Chromosomenaberrationen erhöhen.

Material und Methoden: U-373-MG-Glioblastomzellen, WiDr-Kolon-Adenokarzinomzellen sowie normale humane Fibroblasten und Lymphozyten wurden mit Einzeitdosen von 0–6 Gy bestrahlt und Topotecan-Dosen im Bereich von 0,01–10 μM ausgesetzt. Die Topotecan-Behandlung begann immer 15 Minuten vor der Bestrahlung und wurde 1 Stunde (Short-Term) oder 24 Stunden (Long-Term) fortgeführt. Das Überleben wurde mittels eines Koloniebildungstests bestimmt, Chromosomenaberrationen wurden in Giemsa-gefärbten Metaphasen ausgewertet.

Ergebnisse: Die zytotoxische Wirkung einer alleinigen Topotecan-Behandlung war zeit- und konzentrationsabhängig (Abbildungen 1a und 1b). Eine Topotecan-bedingte Verstärkung der Strahlenwirkung wurde für jede der untersuchten Zelllinien gefunden. Eine Korrelation zwischen der Topotecan-bedingten Verstärkung der Strahlenwirkung und dem Auftreten von induzierten Chromosomenaberrationen wurde weder für Tumorzellen noch für Fibroblasten beobachtet. Für Lymphozyten wurde hingegen eine erhöhte Ausbeute an induzierten dizentrischen Chromosomen nach der Kombinationsbehandlung gefunden.

Schlussfolgerung: Obwohl für bestimmte Zelltypen Topotecan die Ausbeute an strahleninduzierten letalen Chromosomenaberrationen erhöhen kann, scheint dieser Mechanismus für die Topotecan-bedingte Strahlensensibilisierung von Tumorzellen keine entscheidende Bedeutung zu haben.