Gentherapie des Prostatakarzinoms durch extrakorporale akustische Energie: Erste In-vitro- und In-vivo-Ergebnisse

Zusammenfassung

Fragestellung: Herkömmliche Transfektionsmethoden weisen eine mit dem Nebenwirkungspotential positiv korrelierende Effektivität auf, wodurch die Möglichkeiten zur In-vivo-Applikation limitiert sind. Nach der Evaluation der optimalen Generatorparameter war es Ziel dieser Studie, die Möglichkeiten zur In- vivo-Transfektion mittels Stoßwelle zu untersuchen. Material und Methode: Zu diesem Zweck wurden Pellets des Dunning-Prostata-Tumors R3327-AT1 subkutan (4 × 10⁶ Zellen, linker Hinterlauf) in Kopenhagenratten (n = 8 pro Gruppe, 2 - 4 Monate alt, 250 - 300 g) implantiert. Unter Verwendung des pEGFP-N1-Reportergens erfolgte 10 - 14 Tage nach der Implantation die Transfektion mittels Stoßwelle (Prototyp, Storz medical). Hierbei wurden nach der intratumoralen Plasmid/Luft-Injektion (0,5 µg/ml + 10 % Luft) 0 (Kontrollgruppe), 1000 und 2000 Impulse Stoßwelle unter Ultraschallkontrolle in das Tumorzentrum appliziert (0,5 mJ/mm², 2 Hz). Nach der Tumorpräparation (PBS, Kollagenase) wurden die Zellen für 24 Stunden rekultiviert. Die Transfektionsrate wurde über eine FACScan-Analyse (Becton Dickinson) ermittelt. Ergebnisse: Bei der anschließenden Tumorpräparation zeigte sich lediglich eine minimale Zelltodrate. 24 Stunden nach der Behandlung war mittels FACScan-Analyse bei der Kontrollgruppe eine Transfektionsrate von weniger als 0,001 % nachweisbar. Im Gegensatz dazu wurde bei der Behandlungsgruppe nach Applikation von 1000 Impulsen Stoßwelle eine Transfektionsrate von 5,34 ± 1,23 % nachweisbar. Eine zusätzliche Erhöhung auf 9,53 ± 2,13 % konnte durch die Applikation von 2000 Impulsen Stoßwelle erreicht werden. Systemische Nebenwirkungen konnten nicht festgestellt werden. Schlussfolgerung: In dieser Studie wird an einem Tiermodell mit einem soliden Prostatakarzinom zum ersten Mal die stoßwelleninduzierte Transfektion beschrieben. Basierend auf diesen Ergebnissen werden gegenwärtig weitere Studien an unterschiedlichen urologischen Organen durchgeführt, um die Effektivität und Nebenwirkungsarmut der beschriebenen Technik am In-vivo-Modell weiterführend beurteilen zu können.

Abstract

Purpose: Uptake of functional DNA into cells can be achieved in vitro and in vivo by a number of different methods. However, for most of these techniques, possibilities for therapeutic in vivo applications - especially to solid organs - are often limited. Aim of this study was to evaluate the possibility and efficacy of in vivo transfection using shock waves. Materials and methods: In vivo transfection was assessed in the Dunning prostate tumor R3327-AT1 implanted subcutaneously (4 × 10⁶ cells, left femoral) in Copenhagen rats (n = 8 per group, 2 - 4 months old, 250 - 300 g) using the pEGFP-N1 reporter gene. After intratumoral plasmid/air injection (0.5 g/ml + 10 % air) 0 (control group), 1000 and 2000 impulses shock waves (0.5 mJ/mm², 2 Hz, Minilith SL-1, Storz Medical) were applied into the center of the tumor under ultrasound control. After tumor preparation (PBS, collagenase), cells were re-cultured for 24 hours. Transfection rate was measured using FACScan analysis (Becton Dickinson). Results: 24 hours after plasmid injection the control group showed a transfection rate of 0.001 %. In contrast, transfection rate was increased to 5.34 % after the application of 1000 shock wave impulses. An additional increase to 9.53 % was achieved by 2000 impulses. Conclusion: The transfection effect in combination with the ability of shock wave treatment to target specific in vivo sites provides an exciting new option for gene therapy. Furthermore, no systemic side effects have been encountered. This in vivo study clearly shows the efficacy of shock wave transfection of solid tumors. Based on these results, a new animal trial series is underway to determine its efficacy and side effects in a larger series.

Schlüsselwörter

Gentherapie - Transfektion - Stoßwelle - Prostatakarzinom

Key words

Gene therapy - Transfection - Shock waves - Prostate cancer

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