Cell-Kinetics and Biochemical Pharmacology of Methotrexate and 6-Mercaptopurine in Human Malignant T-Lymphoblasts

Abstract

The cell-kinetics and biochemical pharmacology of simultaneous and sequential combination treatment with 0.02 µM methotrexate (MTX) and 2 µM 6-mercaptopurine (6MP) were studied in MOLT-4 malignant T-lymphoblasts. The results were compared with our data from earlier studies of separate treatment with these antimetabolites. A synergistic effect of combination treatment could be demonstrated, based on the inhibition of purine de novo synthesis by both agents, on DNA and RNA synthesis, on the incorporation of 6-thioguanine nucleotides into DNA and RNA, and on inhibition of cell growth and clonal growth. The synergistic effects of combination treatment with MTX and 6MP will only be available in malignant lymphoblasts, and will be absent in normal bone marrow cells and normal lymphocytes, because the activity of purine de novo synthesis in these cells is absent or low. Based on the synergistic effects of MTX and 6MP and the good penetration of both agents in the cerebrospinal fluid, the Dutch Childhood Leukemia Study Group presently performs a randomized study during protocol M of the BFM/DCLSG-ALL-90 protocol comparing the results of 4 times each two weeks 24 hr intravenous administration of MTX (5 g/m²) versus intravenous MTX, immediately followed by 24 hr intravenous administration of 6MP (1,3 g/m²). The pharmacokinetics and intracellular biochemical pharmacology of 6MP in lymphocytes will be studied, comparing intravenous administration and low dose oral administration.

Zusammenfassung

In MOLT-4 malignen T-Lymphoblasten wurden Zellkinetik und biochemische Pharmakologie nach simultaner und sequentieller Kombinationstherapie mit 0,02 µM Methotrexat (MTX) und 2 µM 6-Merkaptopurin (6MP) untersucht. Die Ergebnisse wurden mit unseren Daten von früheren Studien nach separater Inkubation mit diesen Antimetaboliten verglichen. Ein synergistischer Effekt der Kombinationstherapie, basierend auf der Hemmung der Purin-de-novo-Synthese durch MTX und 6MP, wurde an der DNA- und RNA-Synthese sowie an der Inkorporierung von 6-Thioguanin-Nukleotiden in DNA und RNA und an der Hemmung des Zellzuwachses und des klonalen Zuwachses demonstriert. Die synergistischen Effekte der Kombinationstherapie mit MTX und 6MP sind nur in malignen Lymphoblasten nachweisbar. In normalen Knochenmarkzellen und normalen Lymphozyten finden sich keine synergistischen Effekte, da die Aktivität der Purin-de-novo-Synthese in diesen Zellen gar nicht oder nur minimal vorhanden ist. In dem Dutch Childhood Leukemia Study Group ALL-8 Protokoll wird momentan eine randomisierte Studie ausgeführt, die auf den synergistischen Effekten von MTX und 6MP und der guten Penetration beider Antimetaboliten in den Liquor aufbaut. Im Protokoll M wird folgender Vergleich ausgeführt: niedrige orale Dosis von 6MP während 8 Wochen und 4mal alle zwei Wochen eine 24stündige intravenöse Gabe von MTX (5 g/m²) gegenüber 4mal alle zwei Wochen dieselbe Gabe von MTX über 24 Stunden, jedoch unmittelbar gefolgt von einer 24stündigen intravenösen Gabe von 6MP (1,3 g/m²). Die Pharmakokinetik und intrazelluläre biochemische Pharmakologie von 6MP werden in Lymphozyten untersucht, wobei die intravenöse Gabe mit der niedrigen oralen Gabe verglichen wird.