Experimente zur Erzeugung tumorspezifischer, zirkulierender Antikörper V o n ARNO GEISSLER, WOLFGANG MÜLLER-RUCHHOLTZ u n d ELSE KNAKE Aus der Abteilung für Gewebezüchtung am Max-Planck-Institut für vergleichende Erbbiologie und Erbpathologie, Berlin-Dahlem ( Z . Naturforsdig. 15 b , 3 7 5 — 3 7 8 [ 1 9 6 0 ] ; eingegangen am 1. Februar 1 9 6 0 ) \ The immunization of highly inbred Wistar rats with a Benzpyrene-Sarcoma produced in this strain did not stimulate the formation of circulating tumor-specific antibodies. In these studies the complement fixation test, the colloid-complement fixation test, the ring precipitin test, the agar-gel-diffusion technic o f O u c h t e r l o n y and tissue cultures for the study of cytotoxic antibodies were used. Über den gelungenen Nachweis zirkulierender, tumorspezifischer Antikörper ist in vielen Arbeit e n 1 - 1 6 und andere berichtet worden. Eine grundsätzliche Lösung scheint jedoch noch nicht erzielt worden zu sein. Das von H A U S C H K A 1 9 5 2 gezogene Resume hat seine Gültigkeit bis heute behalten. In der Mehrzahl der oben zitierten Arbeiten wurden TumorAntiseren von heterologen Tierarten erzeugt. Dies bedingte, daß gleichzeitig artspezifische Antikörper gebildet wurden und infolgedessen die Untersucher nur mehr oder weniger stark ausgeprägte „tumorspezifische Antikörperquoten" in den Seren nachweisen konnten. 1 7 Die Erwartung tumorspezifischer, zirkulierender Antikörper geht von der Annahme aus, daß in Tumoren eine Antigensubstanz von artfremder Konstitution vorhanden ist. Vorherrschend wären jedoch auch in diesem Gewebe die Art- und Gewebsantigene, die es mit den normalen Organgeweben desselben Tieres und anderer Tiere derselben Art gemeinsam hat. Gegen diese Antigene sind in einem heterolog hergestellten Antitumor-Serum ebenfalls Antikörper enthalten, die im erforderlichen Falle nur durch Absorption mit Normalgeweben eventuell wieder daraus eliminiert werden können. Sicherer ist es, solche Antigene von vornherein nicht zur Wirkung kommen 1 P . A B R A M O F F , H . CHINCHINIAN U . J . W . 2 cer Inst. 22, 919 [1959], B. B J Ö R K L U N D U . V . B J Ö R K L U N D , Ber. allg. spez. Pathol. 37 [1958], 3 4 5 6 7 8 9 E. D. DAY, G. W . BARNES, SAUNDERS, J . n a t . J . A . PLANINSEK U. Can- zu lassen, indem man das Antitumor-Serum homolog erzeugt. Auch dann könnten sich noch Individualunterschiede als Isoantikörper auswirken. Dies ist aber dadurch zu umgehen, daß man innerhalb eines hochgezüchteten Inzuchtstammes arbeitet. Material und Methodik Diesen Leitgedanken unserer Experimente verwirklichten wir, indem wir auf Ratten unseres Inzuchtstammes einen Tumor erzeugten und deren sehr weitgehend erbähnliche, d. h. antigenähnliche Geschwister gegen den Tumor immunisierten. Wir verwendeten Wistarratten in etwa der 70. ununterbrochenen Bruder/Schwester-Generation. Für jeden Versuch wurde auf einer Ratte ein Benzpyren-Sa erzeugt und die Wurfgeschwister dieser Ratte oder Geschwister aus früheren oder späteren Würfen desselben Weibchens mit dem gleichen Bock (Bruder) gegen den Tumor immunisiert. Die hier mitgeteilten Untersuchungen bestehen aus 2 voneinander unabhängigen Versuchsabschnitten. In dem ersten ( G E I S S L E R ) prüften wir die Seren der immunisierten Ratten im Reagenzglas in der KomplementbindungsReaktion (KBR), der Kolloid-KomplementbindungsReaktion (KKBR), der.Ringpräzipitation und im AgarGel-Diffusionstest nach O u c h t e r l o n y . Im 2. Versuchsabschnitt ( M Ü L L E R - R U C H H O L T Z ) untersuchten wir die Immunseren in der Gewebekultur auf zytotoxische Antikörper. 10 T . F . M A C R A E U. E. S K I P P E R , zitiert nach E. Z. Krebsforsch. 52, 269 [1942]. S T . C. M O H O S U . J . G . K I D D , J . exp. Medicine 105, 233 [1957]. W . O S W A L D , Z. Immunitätsforsch, exp. Therap. 97, 219 [1940]. W. O S T W A L D , Z. Immunitätsforsch, exp. Therap. 98, 427 [1940]. T H . LUMSDEN, KNAKE, 38, 11 D . PRESSMANN, 12 J. nat. Cancer Inst. 20, 123 [1958]. P. P. F I L A T O V , Bull. exp. Biol. Med. (Russ.) 46, 128 [1958]. D . G . G R I G O R ' Y A N , Bull. exp. Biol. Med. (Russ.) 47, 231 [1959], L. H I R S Z F E L D , W. H A L B E R U . J . L A S K O W S K I , Z. Immunitätsforsch. exp. Therap. 64, 81 [1929]. J . G . K I D D , J . exp. Medicine 6 7 , 581 [1958]. P. N . K O S Y A K O V U . V . S . K R O S T E L E V A , Bull. exp. Biol. Med. (Russ.) 47, 226 [1959]. T H . L U M S D E N , Amer. J . Cancer 1 5 , 563 [1931]. 13 14 M . RAPPORT, L . G R A F , N . ALONZO, E . ABEHOUSE U. M . MEJAC, Cancer 8, 546 [1955]. 15 R. W . 18 17 WISSLER, P . A . BARKER, M . H . FLAX, M . F . LAVIA U. Cancer Res. 16, 761 [1956]. E. W I T E B S K Y u. P . P Ö P L A U , Z. Immunitätsforsch, exp. Therap. 76, 82 [1932]. T H . S . H A U S C H K A , Cancer Res. 12, 615 [1952]. D. W . TALMAGE, Unauthenticated Download Date | 5/11/16 6:05 PM > I. Versuchsabschnitt a) Bereitung des Tumor-Gesamthomogenisates Ein an einer Inzuchtratte durch subcutane Injektion von 0,2 cm3 einer 0,5-proz. Lösung von Benzpyren in Sesamöl (5 Injektionen in wöchentlichem Abstand) erzeugter Tumor wurde steril entnommen. 20 g davon wurden mit einer Schere grob zerkleinert, nachdem Blutreste und Bindegewebskapsel entfernt worden waren. Das Material wurde in einer abgemessenen Menge steriler, physiologischer Kochsalzlösung suspendiert und in einem Homogenisator der Firma E. Bühler (Tübingen) 20 Min. bei 54 000 U/Min. homogenisiert. Im gefärbten Objektträgerausstrich waren nach dieser Behandlung keine ganzen Zellen mehr und nur vereinzelt noch Bruchstücke von Zellkernen zu sehen. Zu diesem Gewebsbrei wurde noch so viel physiologische Kochsalzlösung hinzugegeben, daß eine Mischung von 20 g•% entstand. Die Konservierung erfolgte mit Cialit 1 : 1000 und die Aufbewahrung bei + 4 °C im Kühlschrank. b) Bereitung des Kochsalzextraktes Das nach a zubereitete Tumormaterial wurde 24 Stdn. bei + 4 °C aufbewahrt und danach 1 Stde. bei 3000 U/ Min. zentrifugiert. Der möglichst klare Überstand stellte den Kochsalzextrakt dar, der außer zur Immunisierung nach entsprechender Verdünnung auch als Testantigen für die serologischen Untersuchungen diente. Entblutung der Tiere am 10. —12. Tage nach der letzten Immunisierungsinjektion gewonnen. Das Blutserum jedes einzelnen Tieres wurde mittels der verschiedenen, nachfolgend geschilderten serologischen Methoden untersucht. In jedem Falle wurde sowohl das durch Kochsalzauszug (b) als auch das durch Alkoholauszug (c) gewonnene Testantigen angewandt. Zur Sicherung der antigenen Wirksamkeit der zur Immunisierung der Ratten verwendeten Extrakte wurden außerdem mit jedem dieser beiden Antigene zwei Kaninchen immunisiert. Die Kaninchen erhielten in den gleichen Zeitabständen intravenös die gleiche Zahl und Art an Injektionen wie die Ratten. Die Dosis war jedoch jeweils um ein Drittel höher. Die Entblutung erfolgte 10 —12 Tage nach der letzten Injektion. Mit TumorGesamthomogenisat waren keine Kaninchen immunisiert worden. Serologische e) Komplementbindungs-Reaktion (KBR) Die Komplementbindungs-Reaktion wurde mit folgendem Hauptversuchsansatz durchgeführt: [cm3] 0,1 0,4 0,5 0,5 c) Bereitung des Alkoholauszuges 1,0 Der Bodensatz, der bei der unter b geschilderten Behandlung nach dem Zentrifugieren zurückgeblieben war, wurde in 100,0 cm3 Methylalkohol aufgenommen und 24 Stdn. unter mehrmaligem Aufschütteln bei Zimmertemperatur stehengelassen. Danach wurde 15 Min. bei 3000 U/Min. zentrifugiert und der klare Überstand in eine Porzellanschale abgegossen. Der Alkohol wurde über einem Wasserbad von 100 °C abgedampft. Der dabei anfallende Rückstand wurde in einem Gemisch von Äthylalkohol und physiologischer Kochsalzlösung im Verhältnis 1 : 5 wieder gelöst. Dieser Extrakt wurde außer zur Immunisierung ebenfalls bei den serologischen Untersuchungen der Rattenseren als Testantigen verwendet. d) Immunisierungsmodus und Serumgewinnung Insgesamt wurden 23 Inzuchtratten immunisiert, und zwar 4 Tiere mit Homogenisat nach a, 11 Tiere mit Kochsalzextrakt nach b und 8 Tiere mit Alkoholauszug nach c. Die Immunisierung der Ratten erfolgte mit relativ sehr großen Dosen an verschiedenen Körperstellen subcutan. Die Dosierung und die Injektionsfolge war mit den 3 verschiedenen Antigen-Zubereitungen (a — c) gleich. Die Tiere erhielten im Abstand von 2 — 3 Tagen jeweils 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0 und 5,0cm 3 Antigen injiziert. Um etwa vorhandene Haptene zu komplettieren, wurden die Antigene mit Ausnahme des Homogenisats zur Immunisierung mit Kalbserum im Verhältnis 2 : 1 bis 4 : 1 gemischt und mehrere Stdn. vor der Injektion bei 37 °C inkubiert. Das Serum wurde durch Technik Serum physiol. Kochsalzlösung Antigen Komplement 30 Min. WB 37 °C hämolyt. System 30 Min. WB 37 °C Als Kontrollen wurden stets die Serumkontrolle, die Antigenkontrolle sowie der gleiche Versuchsansatz mit negativem Serum durchgeführt. f) Kolloid-Komplementbindungs-Reaktion (KKBR) Die Kolloid-Komplementbindungs-Reaktion wurde nach der von uns entwickelten Methode durchgeführt. Die Technik und Möglichkeiten dieser neuen Reaktion sind in früheren Arbeiten geschildert worden 18,19 . Das als Kolloidsubstanz verwendete Kollidon wurde bei den hier geschilderten Versuchen stets 7-proz. angewandt und die Antigene wie bei der KBR zubereitet. Mit der Kolloid-Komplementbindungs-Reaktion wird ein univalenter Antikörper nachgewiesen, der bei Infektionskrankheiten vor allem am Beginn eines akuten Infektionsgeschehens in Erscheinung tritt. Er ist dann häufig die Ursache des bei der Komplementbindungs-Reaktion vielfach als störend empfundenen Prozonenphänomens19. g) Ring-Präzipitation Es wurden 0,1 cm3 unverdünntes und 1 : 5 verdünntes Serum mit 0,2 cm3 fortlaufend verdünntem Antigen (1 : 5; 1 : 10; 1 : 50; 1 : 100 und 1 : 1000) über- bzw. unterschichtet. Die Reaktion wurde sofort und nach 45 Min. Aufenthalt im Brutschrank bei 37 °C abgelesen. 18 19 A. A. GEISSLER, GEISSLER, Mh. Veterinärmed. 13, 586 [1958], Mh. Veterinärmed. 14. 46 [1959]. Unauthenticated Download Date | 5/11/16 6:05 PM h) Agar-Gel-Diffusionstest nach O u cht e r l o ny Die Präzipitation im Agar-Gel-Diffusionstest wurde nach den von B J Ö R K L U N D 20 gegebenen Richtlinien ausgeführt. Wir verwendeten hierzu „Anumbra"-Petrischalen mit einwandfrei planem Boden und einem Durchmesser von 9 cm. In jede Schale wurden genau 20 cm3 eines 2-proz. Agars gegossen. Mit einer Matritze stanzten wir vor dem Gebrauch der Platten 3 gleichseitige, mit einer ihrer Spitzen zueinander liegende Dreiecke aus. Die Seitenlänge der Dreiecke betrug 15 mm. In die nach Entfernung des ausgestanzten Agars entstehenden Becken konnte ein Flüssigkeitsvolumen von 0,25 cm3 eingefüllt werden. Wir beschickten die Platten 3-mal nacheinander. Die Ablesung erfolgte 2 — 5 Tage nach der letzten Einfüllung. Ergebnisse des I. Versuchsabschnittes In keinem Serum der immunisierten Ratten konnten wir mit den von uns verwendeten serologischen Methoden gegen den Tumor oder gegen Bestandteile des Tumors gerichtete Antikörper nachweisen. Tumorspezifische, zirkulierende Antikörper waren also nicht gebildet worden. Erwartungsgemäß fehlten audi Iso-Antikörper, d. h. alle Untersuchungsergebnisse an Rattenseren fielen negativ aus. Wohl aber hatten die parallelen Immunisierungsversuche mit denselben Antigenzubereitungen an Kaninchen zur Antikörperbildung geführt. II. V e r s u c h s a b s c h n i t t Die Seren von 13 immunisierten Ratten wurden an Gewebekulturen auf cytotoxische Antikörper untersucht und mit Seren von 14 unbehandelten Ratten verglichen. Wie in Versuchsabschnitt I wurde jeder Versuch in einer einzigen Linie unseres Wistarstammes durchgeführt, um die nicht-tumorspezifischen Antiart- und Iso-Antikörper auszuschalten. Die zum Test gebrauchten Tumor-Gewebekulturen wurden von Tumoren hergestellt, die durch Transplantation des bei der vorausgegangenen Immunisierung verwendeten Tumormaterials auf Geschwisterratten erhalten worden waren. Die einzelnen Experimente innerhalb des II. Versuchsabschnittes unterscheiden sich erstens durch verschiedene Intensität der Immunisierung und zweitens dadurch, daß das Immunserum den Testkulturen auf 2 verschiedenen Wegen zugeführt wurde (mit Verfahren a und b bezeichnet). a) Bereitung des Immunisierungs-Antigens Von einem Ratten-Benzpyrensarkom (Erzeugung s. S. 376) wurden 7 g grob zerkleinert und homogenisiert. Hierzu wurden 20 cm3 Paraffinöl, 25 mg hitzeabgetötete Tuberkelbakterien, 10 cm3 angewärmtes Euzerin, 10 cm3 physiologische Salzlösung und 1% Phenol gegeben. Diese Emulsion wurde 45 Min. bei 60 °C und dann bei + 4 °C gehalten. 20 B . BJÖRKLUND, Proc. Soc. exp. Biol. Med. 79, 319 [1952]. b) Immunisierung und Serumgewinnung In der 1. Versuchsgruppe wurden 3, in der 2. Gruppe 8, in der 3. Gruppe 11 und in der 4. Gruppe 12 Injektionen von je 0,5 ml Antigenzubereitung in wöchentlichen Abständen teils intramuskulär, teils intraperitoneal verabreicht. Die Seren wurden 8 Tage nach der letzten Antigeninjektion gewonnen und am gleichen Tage verwendet. V e r s u c h s t e c h n i k zum N a c h w e i s c y t o t o x i s c h e r A n t i k ö r p e r an Gewebekulturen Zur späteren Verwendung als Testobjekte für die Immunseren wurden Kulturen des transplantierten BPSarkoms (s. oben) und normaler Gewebe (Lunge, Milz und Niere, die teils vom Tumorträger, teils von tumorfreien Geschwistern stammten) in Rollröhrchen vorgezüchtet (feste Phase Hühnerplasma und Hühnerembryonal-Extrakt; flüssige Phase entweder menschlicher Ascites oder Laktalbumin-Hefehydrolysat mit H a n k s - Lösung und Kälberserum). Davon wurden für den Testversuch gut wachsende Stücke auf Deckgläser über hohlgeschliffene Objektträger in Gerinnsel aus Hühnerplasma und Embryonalextrakt gesetzt. Das Immunserum (bzw. normale Kontrollserum) wurde den wieder ausgewachsenen Kulturen in den Hohlschliff oder, um Serum zu sparen, in einen kleinen aufgesetzten Kunststoffring zugegeben. Der Zusatz des Serums erfolgte meistens unverdünnt, aber auch in Verdünnung 1 + 1 und 1 + 2 in Tyrodelösung (Verfahren a). In dem Verfahren b wurden die zu untersuchenden Seren den Testkulturen sofort beim Umsetzen aus Rollröhrchen auf Deckgläser zugefügt (1 HP 1 + 1 HEE + 1 Rattenserum). Nach dem Verfahren a wurden 110 Tumor- und 212 Normalgewebskulturen, nach dem Verfahren b 24 Tumor- und 42 Normalkulturen untersucht. Kontrollen Zur Beurteilung der Spezifität etwaiger Veränderungen wurden Immunseren und Normalseren zu Kulturen sowohl von Tumorgewebe wie von normalen Organen (s. oben) zugefügt und außerdem mit solchen Kulturen ohne Serumzusatz verglichen. Kriterien für die A u s w e r t u n g des Testes 1, 2 und evtl. 3 Tage nach der Serumzugabe wurden folgende Merkmale protokolliert: 1. Breite der Wachstumszone im Vergleich zum Mutterstück, 2. Granulierung der Zellen in der Wachstumszone, 3. Lysis einzelner Zellen, 4. Lysis von Zellverbänden. Ergebnis des Versuchsabschnittes II Auf die beschriebene Weise konnten keine cytotoxischen Antikörper festgestellt werden, Kulturen mit Zugabe von Immunserum unterschieden sich nicht von solchen mit Normalserum. In dem Verfah- Unauthenticated Download Date | 5/11/16 6:05 PM ren a waren die Kulturen beider Serum-Gruppen in schlechterem Gesundheitszustand als die Vergleichsgruppe ohne Serumzusatz. Diskussion Aus den Ergebnissen der Versuchsabschnitte I und II ist zu folgern, daß in Benzpyren-Sarkomen bei Ratten keine Antigenpotenzen vorhanden sind, die sich von den antigenen Art- oder Gewebseigenschaften des tumorfreien Organismus so sehr unterscheiden, daß zirkulierende Antikörper gegen sie gebildet werden. Diese Aussage kann jedoch nur im Zusammenhang mit der Reichweite der angewandten serologischen Methoden und deren Empfindlichkeit verstanden werden, Das heißt, daß sich unsere Befunde nur auf das Vorkommen von Ambozeptoren, Präzipitinen* Zytotoxinen und die mit der Kolloid-Komplementbindungs-Reaktion nachweisbaren, univalen21 22 23 24 25 A . D . DUNLAY, V . GOLDSMITH, K . ARNESEN u . L . BUXTON, Can- cer Res. 9,217 [1949]. E . EDLINGER U. L. H A R E L , Bull. Cancer 41, 363 [1954]. E. EDLINGER U. F. LACOUR, Bull. Cancer 42, 382 [1955]. H. N. GREEN, Ber. all^. spez. Pathol. 41, 38 [1959]. R. A. MALMGREN, J. nat. Cancer Inst. 20, 417 [1958]. ten Antikörper beziehen. Es gibt z. B. reaktive Vorgänge im Organismus gegenüber antigenen Substanzen, bei denen im allgemeinen keine Antikörper im Blut auftreten. Von unseren Versuchsergebnissen kann deshalb nichts Grundsätzliches über die Rolle von Immunreaktionen in der Tumorpathogenese abgeleitet werden. Unsere Ergebnisse können in die unter anderem von D U N L A Y und Mitarbb. 2 1 , E D L I N G E R und H A R E L , 2 2 EDLINGER und LACOUR 2 3 , GREEN 2 4 , MALMGREN 2 5 , und M i t a r b b . 2 8 ' 2 7 , S C H M I D T und Mitarbb. 28 und W E I L E R 29 mitgeteilten Befunde eingereiht werden, in denen von den Autoren gegen neoplastisches Gewebe keine tumorspezifischen, zirkulierenden Antikörper nachgewiesen werden konnten, bzw. von ihnen sogar ein Antigenverlust des Tumors gegenüber dem Normalgewebe festgestellt wurde 2 4 , 2 9 . MALMGREN 26 R . A . MALMGREN U. B . E . BENNISON, J . 301 27 nat. Cancer Inst. 11, [1950], R . A . MALMGREN, B . E . BENNISON, B . F . ANDERSON U. C. C. nat. Cancer Inst. 1 1 , 1 2 7 7 [ 1 9 5 1 ] . F. SCHMIDT, E. L I S S U. R. COUTELLE, Z. Krebsforsch. 62, 658 [1959]. E. W E I L E R , Strahlentherapie 9 3 , 213 [1954]. RISLEY, J. 28 29 Umwandlung des embryonalen Stoffwechsels in Krebsstoffwechsel V o n OTTO WARBURG, KARLFRIED GAWEHN u n d AUGUST-WILHELM GEISSLER Aus dem Max-Planck-Institut für Zellphysiologie, Berlin-Dahlem ( Z . N a t u r f o r s c h g . 15 b , 3 7 8 — 3 7 9 [ 1 9 6 0 ] ; e i n g e g a n g e n am 28. März 1960) Der Stoffwechsel der embryonalen Hühnerzellen ist ein reiner Oxydations-Stoffwechsel. Bei der Kultur in vitro unter Zusatz von Serum schlägt der embryonale Stoffwechsel in 48 Stdn. in den Gärungsstoffwechsel der Krebszellen um. 10-tägige Hühnerembryonen wurden nach DULwie früher für Nierenzellen beschrieben 2 , trypsinisiert, gewaschen und mit Nährmedium + Serum auf das 400-fache des Zellvolumens verdünnt. Der Bicarbonatgehalt betrug dann etwa 400 mm 3 NaHC0 3 pro cm 3 . Diese Zellsupension wurde in Petrischalen von 10 cm Durchmesser gegossen und in einer Atmosphäre von 5 Vol-% C0 2 -Luft bei 3 8 ° gezüchtet, wobei etwa 1/3 der Zellen am Boden der Schalen anwächst und sich hier in Form von Spindelzellen teilt, während die übrigen Zellen absterben und sich z. T. auflösen. Die gewachsenen Zellen wurden nach 24 oder 48 Stdn. mit wenig Versen und Trypsin vom Boden der Schalen abgelöst, in Phosphat-Salzlösung gewaschen und zur Stoff- BECCO-VOGT wechselmessung wieder in Kulturlösung + Serum aufgenommen, der noch Bicarbonat und Glucose bis zur physiologischen Konzentration zugesetzt war. Bei der Manometrie fanden wir: Aus dem embryonalen Stoffwechsel (Zeit Null der Züchtung) iOt «o2 'M ? Argon M + 15 -12 Meyerhof Quotient 1,25 entstand (bei der Züchtung in vitro (unter Zusatz von Serum) in 48 Stdn. der folgende Stoffwechsel: 1 2 R. M. VOGT, J. exp. Medicine 99, 167 [1954]. K. GAWEHN U. A. W . GEISSLER, Z. Naturforschg. 13 b, 588 [1958]. DULBECCO U. O . WARBURG, Unauthenticated Download Date | 5/11/16 6:05 PM