FFOORRSSCCHHUUNNGGSSBBEERRIICCHHTT DDEESS LLAANNDDEESS NNOORRDDRRHHEEIINN --WWEESSTTFF AALLEENN NNrr.. 22559900 //FF aacchhggrruuppppee MMeeddiizziinn//BBiioollooggiiee HHeerraauussggeeggeebbeenn iimm AAuuffttrraaggee ddeess MMiinniisstteerrpprrăăssiiddeenntteenn HHeeiinnzz KKttiihhnn vvoomm MMiinniisstteerr ffUUrr WWiisssseennsscchhaafftt uunndd FFoorrsscchhuunngg JJoohhaannnneess RRaauu PPrrooff.. DDrr.. 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Die medi kamentose Therapie dieser Erkrankungen hat einerseits durch aus positive Ergebnisse aufzuweisen, ist andrerseits aber mit einer Reihe von Problemen behaftet. Zu nennen beispiels wăren weise die bei der Anwendung antirheumatisch wirksamer Arznei mittel auftretenden Nebenerscheinungen, die umso mehr ins Ge wicht fallen, als bei den rheumatischen Erkrankungen hăufig eine Langzeittherapie erforderlich ist. Genauere Kenntnisse Uber die Mechanismen der therapeutischen Wirkungen zellulăren und der Nebenwirkungen dieser Pharmaka eine wesentliche wăren Voraussetzung fUr eine rationellere Anwendung dieser Mittel wie auch fUr die Entwicklung neuer Antirheumatika mit einem gUnstigeren therapeutischen Index. Untersuchungen zur Erfor schung des Wirkungsmechanismus antirheumatisch aktiver Ver bindungen kommt daher nicht nur theoretischea Interesse, son dern auch eine erhebliche praktische Bedeutung zu. Einen Ausgangspunkt fUr die Untersuchungen Uber den Wirkungs mechanismus der Antirheumatika stellt die von Domenjoz (1969) und Karzel (1967) entwickelte Arbeitshypothese dar, nach der therapeutische Wirkungen aber auch unerwUnschte Wirkungskom ponenten der Antirheumatika u.a. durch zytostatische Effekte bzw. Eingriffe in den Wachstums- und VermehrungsstoffWechsel bestimmter korpereigener Zellen bedingt sein konnen. Als ge eignetes Modell zur Bearbeitung dieser Fragen schienen uns in vitro-Kulturen tierischer Zellen mit hoher Vermehrungs rate besonders gUnstige Voraussetzungen zu bieten. Zellkul turen ermoglichen es, PharmakaeinflUsse auf die Lebensfăhig keit und die Wachstums- und sowie den Vermehrungsvorgănge Vermehrungsstoffwechsel eines definierten Zelltyps unter Aus schaltung regulierender oder modifizierender Faktoren von Seiten eines Ubergeordneten Organismus zu untersuchen. Als Versuchsobjekt fUr diesen Zweck diente ein permanent in vi tro in Suspensionsform zUchtbarer Stamm von Ehrlich-Ascitea tumorzellen (Karzel, 1965). Ein weiterer Ansatzpunkt fUr unsere Untersuchungen war der von verschiedenen Autoren beschriebene und auch in eigenen 5 Arbe1ten erhobene Befund, daB Antirheumatika und Antarthro tika den Glykosaminoglykanstoffwechsel mesenchymaler Zellen hemmend oder stimulierend beeinflussen konnen. Da Storungen des zellularen Glykosaminoglykanstoffwechsels offenbar in en ger ursachlicher Beziehung zu den Erkrankungen des rheumati schen Formenkreises stehen, hatten wir uns das ZieI gesetzt, zur Klarung der diesen Stoffwechselprozessen zugrundeliegen den zellularen Mechanismen beizutragen sowie potentielle Wir kungsmechanismen der diese Prozesse beeinflussenden Pharmaka zu untersuchen. Als Arbeitsmodell schienen uns wiederum Zell kulturen besonders geeignet, und zwar in diesem FalI primar angelegte Fibroblastenkulturen, weil Kulturen dieser Art auch in vitro Glykosaminoglykane synthetisieren und sezernieren. Literatur Domenjoz, R.: Arbeitsgemeinschaft fUr Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen, Heft 193, p. 97; Westdeutscher Ver lag, Koln-Opladen. Karzel, K.: Med. Pharmacol. exp. ~, 137 (1965). Karzel, K.: Arah. int. Pharmacodyn. 169, 70 (1967). 6 Teil 1: EinfluB antirheumatisch aktiver Pharmaka auf Wachstums- und Ver sowie den Protein- und mehrungsvorgănge Nukleinsăurestoffwechsel von Zellsuspensionskulturen in vitro Einleitung In frliheren Untersuchungen an Kulturen normaler und neoplasti scher Zellen in vitro hatte sich ergeben, da6 Antirheumatica zytozide und zytostatische Wirkungen ausliben (Karzel 1967). Da derartige Effekte bereits bei Anwendung ăhnlicher Konzentra tionen auftraten, wie sie unter klinischen Bedingungen im Blutplasma von Patienten erreicht werden, schien uns die Ar beitshypothese gerechtfertigt, therapeutische ebenso wie da~ unerwlinschte Wirkungen dieser Verbindungen ganz oder teilweise auf einer Hemmung von Wachstums-, Vermehrungs- oder Synthese teilungsfahiger Zellen beruhen. So konnte der anti vorgăngen phlogistische bzw. antirheumatische Effekt dieser Stoffe mit einer der entztindlich bedingten Proliferation Einschrănkung der Fibroblasten im bzw. mit einer Einwirkung auf Bindeg~ immunkompetente Zellen erklărt werden, wăhrend die unerwtinsch te ulcerogene Wirkung auf eine Reduktion der normalerweise re lativ hohen Zellumsatzrate der Magen-Darmschleimhaut zurlick geflihrt werden konnte. ZieI der vorliegenden Untersuchungen war es, zur KIărung der zellulăren Mechanismen der zytostatischen Wirkungen der Anti rheumatica beizutragen. Als Arbeitsmodell wurden Zellsuspen sionskulturen gewahlt, weil diese ein relativ homogenes System darstellen, an dem Pharmakaeinfllisse auf Lebens-, zellulăre Vermehrungs- und Stoffwechselprozesse unter weitgehender Aus schaltung modifizierender oder regulierender Faktoren seitens eines libergeordneten Organismus untersucht werden konnen. Methoden Als Versuchsobjekt diente eine permanent in vitro in Suspen sionsform wachsende Linie von Ehrlich-Ascitestumorzellen (Karzel 1965). Die Zellen wurden im Năhrmedium nach Eagle in stationărer Form bei 370 C gezlichtet (Einze1heiten zur Tech nik s. Karze1 1965, 1967; Karzel und Schmid 1968). Die Zel1zahl pro Volumeneinheit Ku1turmedium sowie das Ze11- 7 vvoolluummeenn bbzzww.. ddeerr ZZeelllldduurrcchhmmeesssseerr wwuurrddeenn ssoowwoohhll mmiikkrroosskkooppiisscchh aallss aauucchh eelleekkttrroonniisscchh mmiitt HHiillffee ddeess Zählgerätes nnaaoohh CCoouulltteerr Zăhlgerătes ((11995566)) ((CCoouulltteerr CCoouunntteerr,, MMooddeellll AA mmeedd..)) bbeessttiimmmmtt.. ZZeellllvvoolluummeenn vveerrtteeiilluunnggsskkuurrvveenn wwuurrddeenn eebbeennffaallllss mmiitt HHiillffee ddeess CCoouulltteerrssoohheenn ZZäahhllggeerräatteess eerrsstteelllltt ((EEiinnzzeellhheeiitteenn zzuurr TTeecchhnniikk ss.. KKaarrzzeell uunndd HHaacckk 11997711)).. DDeerr PPrrootteeiinnggeehhaalltt ddeerr ZZeelllleenn wwuurrddee nnaacchh ddeerr MMeetthhooddee vvoonn OOyyaammaa uunndd EEaaggllee ((11995566)),, ddeerr DDeessooxxyyrriibboonnuukkleleiinnssăäuurreeggeehhaalltt ((DDNNSS)) nnaaoohh ddeenn AAnnggaabbeenn vvoonn CCeerriioottttii ((11995522)) uunndd ddeerr RRiibboonnuukklleeiinnssăäuurreeggeehhaalltt ((RRNNSS)) nnaacchh ddeemm VVeerrffaahhrreenn vvoonn lI--SSaann LLiinn uunndd SScchhjjeeiiddee ((11996699)) eerr mmiitttteelltt.. DDiiee ggeewwoonnnneenneenn DDaatteenn wwuurrddeenn eeiinneerr RReeggrreessssiioonnssaannaallyyssee ((nniicchhtt lliinneeaarree RReeggrreessssiioonn)) uunndd eeiinneerr KKoorrrreellaattiioonnssaannaallyyssee uunntteerrzzooggeenn.. DDiiee BBeerreeoohhnnuunnggeenn wwuurrddeenn mmiitt HHiillffee ddeerr DDaatteennvveerraarrbbeeiittuunnggssaannllaaggee IIBBMM 77009900//11441100 ddeerr GGeesseellllssoohhaafftt ffUürr MMaatthheemmaattiikk uunndd DDaatteennvveerraarr bbeeiittuunngg mmbbHH..,, BBoonnnn,, dduurrcchhggeeffUühhrrtt.. DDiiee BBeessttiimmmmuunngg ddeerr mmiittttlleerreenn zzyyttoossttaattiisscchh wwiirrkkssaammeenn KKoonnzzeennttrraattiioonn ((IIDD5500)) ddeerr PPhhaarrmmaakkaa uunndd ddeerr NNeeiigguunnggssffuunnkkttiioonn ddeerr DDoossiiss--WWiirrkkuunnggssggeerraaddeenn eerrffoollggttee nnaaoohh ddeemm VVeerrffaahhrreenn vvoonn LLiittcchhffiieelldd uunndd WWiillooooxxoonn ((11994499)).. FFoollggeennddee PPhhaarrmmaakkaa wwuurrddeenn iinn ddiiee UUnntteerrssuucchhuunnggeenn eeiinnbbeezzooggeenn:: NNaattrriiuummssaalliiccyyllaatt;; SSaalliiccyyllaammiinnoopphheennaazzoonn;; PPhheennyyllbbuuttaazzoonn ((BBuuttaa zzOOlliiddiinn((RR»»;; ooxxyy))hheennbbuuttaazzoonn ((TTaannddeerriill((RR»»;; CChhlloorrooqquuiinnddiipphhooss pphhaatt ((RReessoocchhiinn((RR ));; MMeeffeennaammssäauurree ((ppoonnssttaann((RR»»;; FFlluuffeennaammssăäuurree ((AArrlleeff((RR»»;; NNiifflluummiinnssăäuurree ((NNiifflluurriill((RR»»;; AAzzaapprrooppaazzoonn ((Pprroollii xxaann((RR»»;; AAllccllooffeennaacc ((MMeerrvvaann((RR»»;; BBuuffeexxaammaacc ((DDrrooxxaarrYYll((RR»»;; IIbbuupprrooffeenn ((BBrruuffeenn((RR»»;; BBeennzzyyddaammiinnhhyyddrroocchhlloorriidd ((TTaannttuumm((RR»»;; CCoollcchhiicciinn;; CCyycclloohheexxiimmiidd;; MMeetthhoottrreexxaatt;; 66--MMeerrccaappttooppuurriinn;; PPrroo ccaarrbbaazziinn ((NNaattuullaann((RR»».. EErrggeebbnniissssee DDeerr EEiinnfflluuEß eeiinniiggeerr PPhhaarrmmaakkaa aauuff ddiiee LLeebbeennss-- uunndd VVeerrmmeehhrruummggss fähigkeit iinn vviittrroo ggeezzUücchhtteetteerr EEhhrrlliicchh--AAsscciitteessttuummoorrzzeelllleenn făhigkeit ((EEAATT--ZZeelllleenn)) iisstt bbeeiissppiieellhhaafftt ffUürr 33 AAnnttiirrhheeuummaattiikkaa uunndd vveerr gglleeiicchhsswweeiissee ffUürr 33 ZZyyttoossttaattiikkaa iinn AAbbbb.. 11 iinn FFoorrmm vvoonn DDoossiiss WWiirrkkuunnggsskkuurrvveenn wwiieeddeerrggeeggeebbeenn.. DDiiee DDiicahhttee ddeerr ZZeelllleeiinnssaaaatt llaagg bbeeii ddiieesseenn VVeerrssuucchheenn bbeeii eettwwaa 5500%% ddeess KKoonnttrroolllleennddwweerrtteess;; ddaa hheerr eennttsspprriicchhtt ddiiee uunntteerree Hälfte ddearr jjeewweeiilliiggeenn KKuurrvvee eeiinneemm Hălfte zzyyttoossttaattiisscchheenn EEffffeekktt,, während iinn ddiiee oobbeerree Hälfte aauucahh zzyyttoo wăhrend Hălfte zziiddee WWiirrkkuunnggeenn eeiinnggeehheenn.. NNaattrriiuummssaalliiccyyllaatt zzeeiiggttee iinn vviittrroo eeiinnee äăhhnnlliicchhee ccyyttoossttaattiisscchhee WWiirrkkuunnggssssttäarrkkee wwiiee ddaass OOnnkkoollyyttiikkuumm 88 PPrrooccaarrbbaazziinn,, während ddiiee AAkkttiivviittäatt ddeerr FFlluuffeennaammssäauurree eettwwaa ddeerr wăhrend jjeenniiggeenn ddeess 66--MMeerrccaappttooppuurriinnss eennttsspprraacchh uunndd BBeennzzyyddaammiinn ssooggaarr eettwwaass ssttäarrkkeerr wwiirrkkssaamm wwaarr.. IImm GGeeggeennssaattzz zzuu ddeenn ZZyyttoossttaattiikkaa,, ddiiee vvoorrwwiieeggeenndd eeiinnee HHeemmmmuunngg ddeerr ZZeellllvv eerrmmeehhrruunngg vveerruurrssaaoohhtteenn,, lliieeSßeenn ddiiee AAnnttiirrhheeuummaattiikkaa ddaaTrUÜbbeerrhhiinnaauuss hhäauuffiigg eeiinnee ddeeuuttlliioohh aauussggeepprräaggttee zzyyttoozziiddee AAkkttiivviittäatt eerrkkeennnneenn.. DDiieess ddrrUüookktt ssiioohh iimm AAnnssttiieegg ddeerr DDoossiiss--WWiirrkkuunnggsskkuurrvveenn Uübbeerr ddeenn 5500%%--WWeerrtt aauuss.. 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WWiiee AAbbbb.. 33 erkennen. läßt, ffiinnddeett ssiicchh bbeeii erkennen.lăat, uunnbbeehhaannddeelltteenn KKoonnttrroollllkkuullttuurreenn eettwwaa iinn ddeerr MMiittttee ddeerr 2244--ssttUünn ddiiggeenn IInnkkuubbaattiioonnsszzeeiitt iimm VVeerrgglleeiioohh zzuumm IInnkkuubbaattiioonnsseennddee eeiinnee äahhnnlliioohhee ZZuunnaahhmmee ggrrooSßvvoolluummiiggeerr ZZeelllleenn wwiiee uunntteerr PPhheennyyllbbuuttaazzoonn ((KKaarrzzeell uunndd HHaacckk 11997722)).. DDiieess ddUürrffttee ddaammiitt zzuuseaammmmeennhhăännggeenn,, ddaa6ß 99 unter Kontrollbedingungen bis zu diesem Zeitpunkt Synthesepro zesse im Vordergrund stehen, die wăhrend Zellteilungavorgănge erst nach einer gewissen Latenzphase einsetzen. Die antirheu matikabedingte Zunahme des mittleren Zellvolumens konnte wei terhin mit der Hemmung der Synthese einer fUr die Mitose es aentiellen Zellkomponente, die nicht ins Gewicht mengenmăEig werden; ea dann zu einer Anreicherung gro fălIt, erklărt kăme aer G2-Phase-Zellen in der Kultur, die aich auf Grund irgend einea Defektes oder Mangelzustandes nicht teilen konnen. Vnter der Einwirkung hoherer Konzentrationen einiger Antirheu matika wurde andreraeits auch eine relative Zunahme kleinvo lumiger Zellen in der Kultur beobachtet. Dies Iăat Abb. 4 am Beispiel der erkennen. Ein derartiges Bild konnte Mefenamaăure auf eine Hemmung anaboler Prozesse hindeuten. sind Tatsăchlich solche der Zellvolumenverteilungskurve nach der Verănderungen Einwirkung von Pharmaka, welche die Proteinsynthese zellulăre hemmen, wie etwa Cycloheximid, wesentlich deutlicher auage pragt (vgl, Hack und Karzel 1974). Weitere Hinweise auf die der zytostatischen Wirkung der Anti rheumatika zU6rundeliegenden Mechanismen konnen siah aus Ver der fUr die Zellvermehrung bedeutsamen biochemisohen ănderungen Parameter, wie Protein-, DNS- und RNS-Gehalt, ergeben. Ala Ba ais fUr die in Bezug auf dieae Fragestellung durchgefUhrten Un tersuchungen zeigt Abb. 5 das Verhalten dieser 3 Parameter so wie der Zellzahl unter Kontrollbedingungen der Ublichen wăhrend Inkubationszeit von 24 Stunden. Die Zellzahl steigt von einer Einsaatdichte von 2x105 Zellen/ml auf durchschnittlich 5.0-5.5x 105 Zellen/ mI Kulturmedium. Die 24-stUndige Inkubationszeit bei den vorliegenden Bedingungen vollstandig oder weit fălIt gehend in die logarithmische Vermehrungsphase der Kultur (s. auch Karzel und Schmid 1968). Die auf die Zellzahl bzw. prozen tual auf die Ausgangsdaten bezogenen Werte fUr den Protein-, RNS- und DNS-Gehalt steigen an, erreichen nach 12 bis zunăchst 18 Stunden ein Maximum, um anschlie6end wieder abzufallen. Bei der PrUfung von Antirheumatika an dieaem Modell wurden in der Regel 3 Wirkstoffkonzentrationen appliziert, die auf Grund von Vorversuchen so wurden, da6 eine abgestufte Hemmung ausgewăhlt der Zellvermehrung im Bereich zwischen 10 und 90~ erzielt wur de. Die Ergebnisse der Versuche mit Phenylbutazon sind unter ver- 10