Untersuchungen über die therapeutische Wirkung von fetalem Mesenchym bei akuter Strahlenkrankheit von Mäusen
A. L . Gerbes, £ . Haen, P. Schick, O. Messerschmidt
L a b o r für experimentelle Radiologie (Leiter: Prof. Dr. O. Messerschmidt) Neuherberg bei M ü n c h e n
Fetales M e s e n c h y m (Resistocell®) wurde auf seine Wirksamkeit bei akutem Strahlenschaden von Mausen untersucht. Im therapie- relevanten mittelletalen Dosisbereich ( L D 7 0 / 3 0 bei 635 c G y ) konnte mit einmaliger i. m. A p p l i k a t i o n einer Dosis von 80mg/kg Kör- pergewicht ITag nach Bestrahlung ein signifikanter therapeutischer Erfolg erzielt werden. Weitere Versuche zur O p t i m i e r u n g und E r k l ä r u n g des Behandlungsresultates werden empfohlen.
Experimental therapy of radiation injurv in mice with fetal mesenchym
T h e etlects of an intramuscularapplicationof fetal mesenchym (Resistocell®) in mice with acute radiation injury was investigated. A Single dose of 80 m g / k g body weight one day after radiation e x p o s u r e ( L D 7 0/ 3 o, 635 cGy) showed significant therapeutic effects. F u r - ther experiments are recommended in order to improve and explain the reported results.
Experiences sur l'action therapeutique du mesenchyme fcetal lors de la radiopathie aigufc de la souris
O n a etudiel'action du mesenchymefcetal (Resistocell®) sur la lesion radiogeneaigue de la souris. Avec uneapplication intramuscu- laire unique d'une dose de 80 m g / k g de poids corporel (DL70/30,635 c G y ) administree un jour apres Pirradiation, o n a obtenu un succes th6rapeutique significatif. O n recommande d'effectuer d'autres experiences pour ameliorer et expliquer les resultats thera- peutiques.
Einleitung
Nach Strahlenunfällen gelang es in spezialisierten Behand- lungszentren bereits, Patienten mit einer Ganzkörperexpo- sition von über 10 Gy durch eine Intensivtherapie zu retten [7]. Bei einem größeren Anfall von Strahlengeschädigten in kurzer Zeit jedoch wären erfolgversprechende Behand- lungsmethoden wie Knochenmarkstransfusion und Lage- rung im Sterilbereich kaum zu gewährleisten.
Gerade in einer solchen Situation wären leicht zu applizie- rende, haltbare und gut verträgliche Therapiesubstanzen von unschätzbarem Wert, wie sie auch eine Bereicherung der konventionellen Behandlung der Strahlenkrankeit bei unvorhersehbaren oder iatrogenen Strahlenexpositionen darstellen würden. Auf der Suche nach einer derartigen Substanz richtet sich das Augenmerk auf Möglichkeiten zur Reduzierung oder Kompensierung der strahlenbedingten Knochenmarksschädigung. Somit stellt sich die Frage nach Methoden zur Restauration oder Stimulation des Immun- systems.
Die immunstimulierende Wirkung xenogener fetaler Gewebe wurde mehrfach berichtet [5,6,8,9,11]. Die genann- ten Untersuchungen konnten eine Steigerung der Lym- phozytentransformation, der Migrations-Inhibitions-Fak- toren, des Interferonspiegels und der Zahl vonNatural-Kil- ler-Zellen nach Applikation fetaler Zellen nachweisen.
Eine beschleunigte Graft-versus-host-Reaktion bei behan- delten immunsupprimierten Tieren konnte als Hinweis auf Knochenmarksstimulation durch xenogene fetale Gewebe
gewertet werden. Des weiteren wurde von einer weitgehend nebenwirkungsfreien Verträglichkeit der Präparate berich- tet. Die anerkannten Vorstellungen über die Pathogenese des Strahlenschadens [4] legten bei Berücksichtigung der oben angeführten Untersuchungen nahe, mit ersten Versu- chen zu klären, ob fetale Gewebe für die Therapie der aku- ten Strahlenkrankheit geeignet sein könnten.
Material und Methoden
Versuchstiere:Es wurden m ä n n l i c h e C 3 H - M ä u s e a u s d e r T i e r z u c h t d e r Gesellschaft f ü r S t r a h l e n - und Umweltforschung m b H , M ü n c h e n , ver- wendet. Je 5 Tiere wurden in einem M a k r o l o n ^ - K ä f i g T y p 2 mit H o b e l - spaneinstreu gehalten. Z u r N a h r u n g d i e n t e n Altromin® und Leitungs- wasser ad libitum. Im Versuchstierstall betrug die Temperatur zirka 24 °C, die Luftfeuchtigkeit zirka 65%. Z u m Zeitpunkt der Bestrahlung wiesen die M ä u s e ein A l t e r von u n g e f ä h r 8 W o c h e n und ein Gewicht von etwa 22 gauf. Das G e w i c h t jedes Tieres wurde täglich i m Zeitraum von 4 Tagen vor bis 30 Tagen nach der Bestrahlung registriert.
BestrahlungAxx einer R ö n t g e n a p p a r a t u r , T y p M G 300,Fa. C. H . F . M ü l - ler, H a m b u r g , wurden die Tiere bei einem Fokusabstand v o n 4 0 c m bei 250 K V , 12 m A bestrahlt Filter0,77 m m C u , Eigenfilterung der R ö h r e 6 mm A I , Halbwertsdicke der Strahlung 1,9 m m C u , mittlere Dosisleis- tung 88 c G y / m i n . W ä h r e n d der Bestrahlung befanden sich die nicht narkotisierten Tiere i n einem Plastikkäfig, in dem die Dosisleistung kontinuierlich mit einem Duplex-Dosimeter, F a . P T W , Freiburg, gemessen wurde.
Testsubstanz: Das P r ä p a r a t Resistocell®, F. C y b i l a , Heidelberg, besteht aus lyophilisiertem Mesenchym von Schafsfeten des letzten Gesta- tionsviertels. 100 mg Lyophilisat entsprechen 1,25 g frischem Gewebe (Angaben des Herstellers). Z u r i. m. Injektion wurden je 2 m g i n 2 m l modifizierter isotoner P a n n e t t - C o m p t o n - L ö s u n g , Fa. C y b i l a , auf- geschwemmt. D e r G r u p p e V d e r M ä u s e wurde das P r ä p a r a t 3 Tage vor, der G r u p p e N 1 T a g nach Bestrahlung appliziert (80 m g / k g K ö r p e r g e - wicht); die Kontrollgruppe K erhielt eine Injektion des entsprechenden V o l u m e n s isotoner K o c h s a l z l ö s u n g .
G e w i c h t s v e r l u s t in % 36
2U 26 2 8 3 0 Tage nach B e s t r a h l u n g
Abbildung 1. Mittlerer Gewichtsverlust (mit Standardabweichung) der therapier- ten Gruppe N und der Kontrollgruppe K nach Bestrahlung mit 635 c G y (in Prozent des anfänglichen Körpergewichtes, n = 20 pro M e ß p u n k t ) .
Statistik: Gruppenunterschiede i n der Letalität wurden mit dem X2-Test, Mittelwerte und deren Standardabweichung mit dem T-Test auf Signifikanz überprüft.
Ergebnisse
Di e Letal i tä t d er Versuchsti er e i nnerhal b von 30 Tagen wi rd üblicherweise als erster Parameter der Wirksamkeit einer
Strahlendosis (cGy) Gruppe V Gruppe K Gruppe N
605 20 30 25
635 55 70 30
690 100 100 100
Tabelle 1. Letalität der Versuchstiere innerhalb von 30 Tagen nach Be- strahlung (n = 20 pro G r u p p e u n d Bestrahlungsdosis, also n gesamt = 180).
Gruppe V Gruppe K Gruppe N M a x i m a l e r Gewichts-
verlust (Prozent vom
Anfangsgewicht) 23,9 ± 6,7 26,8 ± 10,2 17,9 ± 9,3 Minimalgewicht
( G r a m m ) 17,7 ± 1 , 8 16,5 ± 2 , 6 18,6 ± 2 , 9 Ü b e r l e b e n s z e i t
(Tage) 21,5 ± 9 , 0 20,3 ± 7 , 7 25,6 ± 8 , 8 Tabelle 2. Parameter zur Beurteilung der Therapiewirkung bei Be- strahlung mit 635 c G y (Mittelwerte ± Standardabweichung der M i t t e l - werte, n = 20 je Gruppe, Beobachtungszeitraum 30 Tage).
Behandlungsmethode bei Strahlenschaden betrachtet. Aus Tabelle 1 ist deutlich ersichtlich, daß das Gewebelyophili- sat im Bereich der mittleren Strahlendosis (LD
7 0 / 3 0bei 635 cGy, d. h. 70% Letalität der Kontrollgruppe in 30 Tagen) eine therapeutische Wirkung entfaltet (Signifikanz 95%).
Das Körpergewicht stellt ebenfalls einen guten Indikator für den Allgemeinzustand von Mäusen dar und kann daher auch zur Beurteilung von Therapieergebnissen herangezo- gen werden. Die Verlaufsbeobachtung des mittleren Kör- pergewichtes in Abbildung 1 zeigt überwiegend geringere Gewichtsverluste für die therapierte Gruppe N bei 635 cGy, vor allem im kritischen Zeitraum zwischen 10 und 20 Tagen nach Bestrahlung.
Der maximale relative Gewichtsverlust der therapierten Gruppe war (95 %) signifikant geringer als der der Kontroll- gruppe. Auch die anderen, in Tabelle 2 zusammengefaßten, Parameter wie Minimalgewicht und mittlere Überlebens- zeit nach Exposition ergaben im mittelletalen Dosisbereich (90%) signifikante Vorteile bei den therapierten Tieren.
Die Summenletalitätskurve (Abbildung 2) mit leichten
Erfolgen in der prophylaktisch behandelten Gruppe und
signifikanten Verbesserungen in der Therapiegruppe steht
in Einklang mit den schon erwähnten anderen Ergebnissen.
Überlebende in % 100
80 60
H
40 20 -
Gruppe N Gruppe V Gruppe K
L.
0 2
i —
10
—r—
U
— r -
18
—r~
22
~ T —
26 30 Tage nach B e s t r a h l u n g
A b b i l d u n g 2. S u m m e n l e t a l i t ä t s k u r v e der prophylaktisch behandelten G r u p p e V, der therapierten G r u p p e N und der Kontrollgruppe K nach Bestrahlung mit 635 c G y (in Prozent der a n f ä n g l i c h e n T i e r z a h l , n = 20 je Gruppe).
Diskussion
Die Schädigung von Organismen durch ionisierende Strah- len kann durch prophylaktische Gabe von sogenannten Schutzsubstanzen in erheblichem Maße vermindert wer- den. Es bestehen umfangreiche Erfahrungen [1,2,10,13] vor allem mit schwefelhaltigen Substanzen des Typs WR, die bei Bestrahlung entstehende schädliche Radikale binden können. Allerdings muß sich die Substanz zum Zeitpunkt der Exposition bereits im Körper befinden, ist also aus- schließlich als Prophylaktikum zu verwenden. Des weiteren ist die Wirkungsdauer auf mehrere Stunden begrenzt, eine wiederholte Einnahme erscheint aber wegen beträchtlicher Nebenwirkungen bedenklich. Diese Überlegungen lassen erkennen, warum ein nach Bestrahlung appliziertes und wirksames Medikament, also ein Therapeutikum, außeror- dentlich wertvoll wäre. Trotz vielseitiger Bemühungen ist der Durchbruch auf diesem Gebiet bisher ausgeblieben.
Erste bescheidene Erfolge aber deuten sich an [3,12]. Diese Situation verpflichtet dazu, alle aussichtsreichen Ansätze zu verfolgen und auch ungewöhnliche Substanzen in die Therapieüberlegungen mit einzubeziehen.
Erfolge und eine signifikante therapeutische Wirkung im relevanten mittelletalen Bereich (LD
V 0 / 3 0) erbringen. Zur Optimierung und Abklärung dieses Ergebnisses empfehlen sich weitere Versuche mit verschiedenen Tierspezies, Variationen in Dosierung und Applikationsmuster und der Untersuchung weiterer Parameter wie peripherem Blutbild und Knochenmarksbefund.
Danksagung
Frau J. B a u m a n n und Frau C . Meingast m ö c h t e n wir für ihre Assistenz danken. Unser Dank gilt auch H e r r n Olt Schmitz und H e r r n Dr. Mat- t h ä u s vom D O K Z e n t B o n n sowie F r a u Skorczyk und H e r r n L o h r , D O K s t e l l e der S a n i t ä t s a k a d e m i e M ü n c h e n für ihre Hilfe bei der Beschaffung von Literatur.
Literatur
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4. B o n d , V. P., T. M . Fliedner, J.O. Archambeau: M a m m a l i a n radia- tion lethality. A c a d e m i c Press, N e w Y o r k - L o n d o n 1965.
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8. Landsberger, A . : Morphologische Untersuchungen ü b e r die Wir- kungsaktivität implantierter Z e l l e n . Zellther. 40(1973), 21-24.
9. v. Langendorff, L . : Der Einfluß fetaler Mesenchymzellen auf einem Hodgkin-artigen L y m p h o m - Z e l l s t a m m . C y t o b i o i . Rev. 1 (1978).
10. Messerschmidt, O., B. Betz, M . Fliedner: M e d i z i n i s c h e E r s t m a ß - nahmen bei kerntechnischen Unfällen. Thieme, Stuttgart-New Y o r k 1981.
11. Renner, H . : D i e Lymphozyten-Sensibilisierung als Nachweis zel- lulärer I m m u n i t ä t nach Therapie mit fetalen Zellen. Zellther. 43 (1976).
12. Schick, P.: Strahlenschutzsubstanzen aufzytoplasmatischer Basis (Revitorgan®) im Test mit letalen Strahlendosen. Vortrag Tagung d. Ges. z. Erf. d. M a k r o m o l . Organo- u. Immunother. ( G E M O I ) , Stuttgart 1982.
13. Sedlmeier, H . , E. Metzger, U . Jentzsch, E. Weitzenegger: Schutzef- fekt von W R 2721 bei Neutronen-, G a m m a - oder R ö n t g e n b e s t r a h - lung von M ä u s e n . Strahlentherapie 157 (1981), 685-691.
Im hier dargelegten Pilotversuch konnte ein lyophilisierter Gewebeextrakt (Resistocell®) leichte prophylaktische
Für die Verfasser: Dr. A. L. Gerbes, Labor f. experimentelle Radiologie, Ingolstädter Landstr. 2, D-8042 Neuherberg.
