Effect of hyperthermia 42.5°C/120 min on 3H-thymidine incorporation in different tissue components of Wilms' tumors: An in vitro study

Abstract

Background Survival rates of Wilms' tumors are correlated to tumor histology. Clinical studies and histological investigations have shown that different histological tumor components of Wilms' tumors also reveal different sensitivities to cytostatic agents and ionizing radiation. The aim of this study is to examine the effect of hyperthermia to Wilms' tumors, generally, and to the different tumor tissues composing nephroblastomas.

Material and method The 3H-thymidine labeling indices (LI) of 23 Wilms' tumors and one renal rhabdomyosarcoma were studied by an autoradiographic in vitro method at temperatures of 37.5^°C/120 min and 42.5^°C/120 min. The LI of each tumor was measured and likewise the LI of all histological tumor components defining standard risk and high risk. The effect of hyperthermia was calculated as the percentage of inhibition of 3H-thymidine incorporation.

Results Labeling indices between 22.4% and 46.3% (mean 33.2%) characterized Wilms' tumors as highly malignant and fast growing tumors. The LI of Wilms' tumors of standard risk and high risk did not differ significantly (33.8% vs. 30.4%). Also, epithelium and blastema of the same groups showed comparable high LI of 31.4% and 34.4%, respectively, and of 32.1% and 26.8%, respectively. The LI of stroma was significantly lower (11.9% and 10.9%). The mean LI of fetal-like rhabdomyoblastic cell elements of ten tumors was 24.5%. These tumor cells revealed a significantly higher LI than rhabdomyosarcomatous cells in one Wilms' tumor and one renal rhabdomyosarcoma (10.2% and 9.0%, respectively). The LI of anaplastic structures of one tumor was more than twice as high as the LI of surrounding tumor tissue. In vitro hyperthermia significantly inhibited 3H-thymidine incorporation into all nephroblastomas. Inhibition ranged between 13.7% and 84.6%, at an average of 47.3%. Four high risk tumors, as well as the single anaplastic and rhabdomyosarcomatous cells responded significantly stronger to heat than standard risk tumors (mean inhibition of 62.6% vs. 42.1%). Hyperthermia was more effective for blastema compared to epithelium and stroma. There was no correlation between the effect of hyperthermia and the amount of the 3H-thymidine LI at normothermia.

Conclusion The tremendous inhibition of DNA synthesis by hyperthermia particularly in high risk tumors and highly malignant tumor components is of clinical interest for children with Wilms' tumors resistant to conventional therapy.

Zusammenfassung

Hintergrund Die Überlebensrate von Kindern mit Wilms-Tumoren ist abhängig von der Tumorhistologie. Klinische Studien und histologische Untersuchungen weisen eine unterschiedliche Sensibilität der verschiedenen histologischen Tumorkomponenten gegenüber Zytostatika und ionisierenden Strahlen auf. Ziel dieser Untersuchung ist, den Effekt von Hyperthermie auf Wilms-Tumoren allgemein, speziell aber auf die verschiedenen Gewebskomponenten zu ermitteln.

Material und Methode An 23 Wilms-Tumoren und einem renalen Rhabdomyosarkom wurde mittels autoradiographischer In vitro-Methode der 3H-Thymidin-Markierungsindex (LI) bei den Temperaturen 37,5^°C/120 min und 42,5^°C/120 min bestimmt. Der LI wurde von jedem einzelnen Tumor und jeder einzelnen Tumorkomponente ermittelt, die zur Bestimmung einer ,,günstigen" und ,,ungünstigen" Histologie bedeutsam sind. Der Effekt der Hyperthermie wurde als prozentuale Hemmung des 3H-Thymidin-Einbaus berechnet.

Ergebnisse LIs zwischen 22,4% und 46,3% (im Mittel 33,2%) charakterisieren Wilms- Tumoren als hochmaligne und schnell wachsende Neoplasien. Der LI von Wilms-Tumoren mit Standardrisiko unterscheidet sich statistisch nicht von dem der Hochrisiko-Typen (33,8% gegen 30,4%). Ebenso zeigen Epithel und Blastem derselben Risikogruppe vergleichbare LIs von 31,4% und 34,4%, beziehungsweise von 32,1% und 26,8%. Der LI des Stromas ist signifikant niedriger (11,9% und 10,9%). Der mittlere LI von fetal-rhabdomyoblastischen Zellelementen von zehn Tumoren ist 24,5%. Diese myogenen Zellelemente besitzen einen signifikant höheren LI als Rhabdomyosarkomzellen eines Wilms-Tumors und des renalen Rhabdomyosarkoms (10,2% und 9,0%). Der LI der anaplastischen Strukturen ist doppelt so hoch wie der LI des umgebenden Tumorgewebes. Hyperthermie hemmt in vitro signifikant den 3H-Thymidin-Einbau aller Nephroblastome zwischen 13,7% und 84,6% (durchschnittlich 47,3%). Die vier ,,high risk" Tumoren sowie die anaplastischen und rhabdomyosarkomatösen Tumoranteile reagieren signifikant stärker auf Hitze als die ,,standard risk" Tumoren (mittlere Einbauhemmung 62,6%, beziehungsweise 42,1%). Hyperthermie wirkt stärker auf Blastem im Vergleich zu Epithel und Stroma. Zwisehen der primären Höhe des LI und der Hyperthermie-Sensibilität besteht keine statistisch gesicherte Korrelation.

Schlußfolgerung Die massive In vitro-Hemmung der DNA-Synthese durch Hyperthermie besonders bei den ,,high risk" Wilms-Tumoren und hoch malignen Tumorkomponenten ist von klinischer Bedeutung speziell für die Behandlung von Tumoren, die unter üblichem Therapieregime progredient sind.

Key words

Wilms' tumor - histological tumor grading - 3H-thymidine labelling index - response to hyperthermia

Schlüsselwörter

Wilms-Tumor - histologisches Tumorgrading - 3H-Thymidin- Markierungsindex - Hyperthermie- Effekt