Einfluss der Zytostatikakombinationen Epirubicin/Cyclophosphamid + Paclitaxel und Carboplatin/Paclitaxel auf die in vitro Oxidation von LDL bei Frauen mit Mammakarzinom Aus der Frauenklinik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Zur Erlangung des Doktorgrades Dr. med. vorgelegt von Markus Habermeyer aus Gunzenhausen Als Dissertation genehmigt von der Medizinischen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Vorsitzender des Promotionsorgans: Prof. Dr. Dr. h.c. J. Schüttler Gutachter: Prof. Dr. R. Dittrich Gutachter: Prof. Dr. M. Beckmann Tag der mündlichen Prüfung: 16. Juni 2015 1. Zusammenfassung 1.1 Hintergrund und Ziele 1.2 Methoden 1.3 Ergebnisse und Beobachtungen 1.4 Praktische Schlussfolgerungen 1.5 Abstract 2. Einleitung 2.1. Mammakarzinom 2.1.1 Epidemiologie und Ätiopathogenese 2.1.2 Anatomie der weiblichen Brust 2.1.3 Diagnostik und Früherkennung 2.1.4 Therapie 2.2. Chemotherapie des Mammakarzinoms 2.2.1 Alkylantien 2.2.2 Anthrazykline 2.2.3 Taxane 2.2.4 Platinverbindungen 2.3. Zielsetzung -1-1-1-1-2-3- 3. Material 3.1. Studienteilnehmer 3.2. Laborhilfsmittel, Spritzen und Kanülen 3.3. Testlösungen und Chemikalien 3.4. Lösungsmittel und Puffer 3.5. Geräte -14-14-14-15-15-15- 4. Methoden 4.1. Theoretischer Teil 4.1.1 LDL Zusammensetzung 4.1.2 Lipidperoxidation 4.1.3 In-Vitro-Oxidation des LDLs durch die kupferkatalysierte Oxidation nach Esterbauer 4.2. Experimenteller Teil 4.2.1 Plasmagewinnung 4.2.2 LDL Isolierung 4.2.3 Reinigung des LDL 4.2.4 Ermittlung der LDL-Konzentration im Eluat 4.2.5 LDL- Oxidation in vitro 4.2.6 Herstellung der Pufferlösungen 4.3. Statistik -17-17-17-18- -5-5-5-6-7-8-10-10-11-11-12-12- -19-21-21-22-22-23-24-24-25- 5. Ergebnis 5.1. Einfluss von Chemotherapeutika auf die In-Vitro-Oxidation von LDL 5.1.1 Epirubicin, Cyclophosphamid und Paclitaxel 5.1.2 Carboplatin und Paclitaxel -26-26-26-33- 5.2. Vergleich der beiden Chemotherapie-Schemata -40(EC-P vs. CP) 5.3. Zusammenfassung der Ergebnisse -446. Diskussion 6.1 Oxidativer Stress und seine Folgen 6.2 Interpretation der Studien- Ergebnisse 6.3 Analyse der verwendeten Zytostatika bezüglich pro-oxidativer Eigenschaften 6.3.1 Epirubicin 6.3.2 Cyclophosphamid 6.3.3 Paclitaxel 6.3.4 Carboplatin 6.4 Bezug der Studie zur aktuellen Forschung 6.4.1 Das Mammakarzinom als Ursache oxidativen Stresses 6.4.2 Antioxidantien als supportiver Therapieansatz -45-45-46- 7. Literaturverzeichnis 8. Abkürzungsverzeichnis 9. Danksagung 10. Lebenslauf -54-60-62-63- -48-48-48-49-50-51-51-52- 1 1.Zusammenfassung 1.1 Hintergrund und Ziele Der aktuellen Datenlage zu Folge erkrankt in Deutschland jede 11. Frau an Brustkrebs. Die Polychemotherapie stellt dabei einen grundlegenden Bestandteil in der Behandlung des Mamma Karzinoms dar. Die Anwendung der Zytostatika geht sowohl mit einer Reduktion malignen Gewebes als auch einer Schädigung gesunder Zellen und daraus resultierender Nebenwirkungen einher. In etlichen Studien stehen die antineoplastischen Stoffe im Verdacht, freie Radikale zu bilden. Ziel dieser Arbeit war es, zwei der häufig angewendeten PolychemotherapieSchemata (Epirubicin, Cyclophosphamid und Paclitaxel sowie Carboplatin und Paclitaxel) bezüglich ihres pro-oxidativen Potentials und der etwaigen Veränderung im Verlauf der Therapie zu untersuchen und herauszufinden, ob ein Unterschied bezüglich ihres Oxidativen Status besteht. 1.2 Methoden Zur Bestimmung der Menge an Antioxidantien im Blut der brustkrebserkrankten Probandinnen wurde die Lipoproteinen (LDL) nach kupferkatalysierte Esterbauer Oxidation verwendet. von Nach low-density- Isolation des Lipoproteins erfolgt hierbei der Angriff freier Sauerstoffradikale auf mehrfach ungesättigte Fettsäuren. Die dabei entstehenden Diene können aufgrund ihres Absorptionsmaximums bei 234nm photometrisch erfasst werden. 1.3 Ergebnisse und Beobachtungen Die durchgeführten Messungen zeigen, dass es weder im Verlauf der beiden Polychemotherapien noch im Vergleich des EC-P Schemas mit der CP Therapie zu signifikanten Veränderungen in der Dauer der Lag- Phase und somit der Oxidierbarkeit von LDL gekommen ist. EC-P Schema: Z.v. Chemo 44,2±4,4min; 1.Zyklus 57,7±19,9min; 2.Zyklus 51,9±15,0min; n=8; Z.v. Chemo vs. 1.Zyklus p=0,066; Z.v. Chemo vs. 2.Zyklus p=0,126; 1.Zyklus vs. 2.Zyklus p=0,335 2 CP Schema: Z.v. Chemo 53,4±16,5min; 1.Zyklus 61,1±19,5min; 2.Zyklus 62,9±11,9min; n=8, Z.v. Chemo vs. 1.Zyklus p=0,360; Z.v. Chemo vs. 2.Zyklus p=0,053; 1.Zyklus vs. 2.Zyklus p=0,803 EC-P Schema vs. CP Schema: Z.v. Chemo p=0,139; 1.Zyklus p=0,716; 2.Zyklus p=0,104 1.4 Praktische Schlussfolgerung Zytostatika und ihre vielfältigen Reaktionen bleiben Gegenstand intensivster Forschungsbemühungen. Etliche Studien schreiben die Wirkungsweise von Chemotherapeutika und deren Nebenwirkungsspektrum der Bildung freier Radikale zu. Im Rahmen der Studie konnte weder dem EC-P noch dem CP Kombinationsschema ein signifikanter Einfluss auf die Konzentration an Radikalen nachgewiesen werden. Es gilt jedoch die oxidativen Eigenschaften des Tumorgewebes selbst, sowie autoregulatorische Vorgänge des menschlichen Körpers zu beachten. Eine therapiebegleitende Gabe von Antioxidantien scheint somit wenig sinnvoll. 3 1.5 Abstract Background: In Germany one out of eleven women suffers from breast cancer. Chemotherapy is a fundamental treatment to this disease. Cytostatic drugs are known to reduce neoplasm but can also damage healthy cells and come with a variety of side effects. According to several studies many of these antineoplastic substances are suspected to form free radicals. The aim of this study was to compare two frequently used chemotherapy schemata (Epirubicin, Cyclophosphamid and Paclitaxel vs. Carboplatin and Paclitaxel) according to their pro- oxidative potential and its possible change during bout of chemotherapy. Differences between the two combinations were also examined. Materials and Methods: Differences in low-density lipoprotein (LDL) susceptibility to oxidation were measured by using the Esterbauer method in blood from patients suffering of breast cancer. Measuring the lag phase of LDL oxidation makes it possible to study antioxidative effects. Result: According to our data there is neither a significant difference in the duration of the lag phase during either bout of chemotherapy nor in LDL oxidation between the two schemata. EC-P schemata: before application 44,2±4,4min; 1.bout 57,7±19,9min; 2.bout 51,9±15,0min; n=8; Z.v. chemo vs. 1.bout p=0,066; Z.v. chemo vs. 2.bout p=0,126; 1.bout vs. 2.bout p=0,335 CP schemata: before application 53,4±16,5min; 1.bout 61,1±19,5min; 2.bout 62,9±11,9min; n=8, Z.v. chemo vs. 1.bout p=0,360; Z.v. chemo vs. 2.bout p=0,053; 1.bout vs. 2.bout p=0,803 EC-P schemata vs. CP schemata: Z.v. chemo p=0,139; 1.bout p=0,716; 2.bout p=0,104 4 Conclusion: Cytostatic drugs in treatment of breast cancer are objects of current researches. Numerous studies claim that outcome and side effects of chemotherapy depend on free radicals. According to our study neither EC- P nor CP schemata had a significant influence on the concentration of free radicals in blood samples. Nevertheless the oxidative power off the tumor itself, as well as the adjustments made by the body need to be considered as an impact on oxidability of LDL. Therefore an additive application of antioxidants seems not reasonable. 5 2. Einleitung 2.1. Mammakarzinom 2.1.1 Epidemiologie und Ätiopathogenese Unter dem Begriff Mammakarzinom wird ein heterogenes Krankheitsfeld zusammengefasst. Es besteht aus verschiedenen Arten von Malignomen, die sich anhand ihrer Morphologie, der Aggressivität und des Ausbreitungsmusters unterscheiden lassen [85]. Entsprechend dem Robert Koch Institut zählt Brustkrebs heutzutage weiterhin zu den weltweit häufigsten malignen Neubildungen der Frau. Besonders betroffen ist die weiße Bevölkerung der Industrienationen. Das Risiko in Deutschland an Brustkrebs zu erkranken liegt bei 9,2 % und betrifft somit beinahe jede 11. Frau [90]. Auch wenn diese Erkrankung nicht zwangsläufig tödlich endet, führt sie doch die Sterblichkeitsstatistik mit 13,7 % an [20]. Drei viertel aller Erkrankungen werden bei Frauen über dem 50. Lebensjahr diagnostiziert, aber auch jüngere Frauen sind vermehrt betroffen [29]. Im Vergleich dazu erkranken Männer mit einem Anteil von weniger als 1 % aller Brustkrebsfälle deutlich seltener [102]. Die Ursachen und Risikofaktoren der Entstehung von Mammakarzinomen wurden bereits in etlichen großen Studien untersucht. So konnte eine positive Korrelation zwischen einer Brustkrebserkrankung und früher Menarche, später Menopause, hohem Alter bei der ersten Schwangerschaft und Kinderlosigkeit nachgewiesen werden [29]. Ein weiterer wesentlicher Risikofaktor ist die familiäre Belastung. Etwa 5 % der Brustkrebserkrankungen sind erblich bedingt, wobei eine Genmutation im BRCA 1 oder BRCA 2 Gen nachgewiesen werden kann [54]. Des Weiteren besitzen auch Frauen mit positiver Familienanamnese ohne genetisch messbare Prädisposition ein erhöhtes Erkrankungsrisiko. Etliche Mammakarzinome werden in ihrem Wachstum durch die Sexualhormone Östrogen und Gestagen beeinflusst. Dies gilt es insbesondere bei der postmenopausalen Hormonersatztherapie zu bedenken. Ethnische Faktoren sind von geringerer Bedeutung, ätiopathologisch bedeutsamer hingegen der sogenannte Life-Style wie z.B. regelmäßiger Alkoholkonsum, Vitaminmangel, fettreiche Ernährung sowie Adipositas. Wichtigster Risikofaktor jedoch ist das fortgeschrittene Alter. Das relative Risiko an Brustkrebs zu 6 erkranken, ist in der Altersgruppe zwischen 65 und 69 Jahren etwa 17-mal größer als in der Altersgruppe zwischen 30 und 34 Jahren [29]. Da die meisten Frauen ein oder mehrere der meist unbeeinflussbaren Risikofaktoren besitzen, wird es jedoch trotz des Wissens um die Ursachen in den einzelnen Fällen kaum gelingen das Erkrankungsrisiko zu mindern. 2.1.2 Anatomie der weiblichen Brust Betrachtet man die weibliche Brust von außen, dann erkennt man eine halbkugelförmige Erhebung auf Höhe der 3-7 Rippe, in deren Zentrum die Brustwarze liegt [37]. Hier münden die Ausführungsgänge der 15-20 tubuloalveolären Drüsen, aus denen es bei der laktierenden Mamma zur Milchejektion kommt. Durch Bindegewebe und Septen, lässt sich die Mamma in Lappen und Läppchen unterteilen. Die Tumorzellen breiten sich lokalsegmental in den Milchgängen und Bindegewebssepten aus, das Mammakarzinom entsteht vorwiegend einseitig im oberen äußeren Quadranten [29]. Die dorsale Begrenzung bildet die Faszie des Musculus pectoralis, auf der die Brust im gesunden Zustand frei beweglich ist [88]. Von besonderer Bedeutung für die Metastasierungswege des Mammakarzinoms sind Lymphabfluss und venöser Abstrom. Die Lymphbahnen lassen sich in ein oberflächliches, hautnahes Netz und ein tiefes, parenchymnahes Netz unterteilen. Außerdem wird zwischen dem lateralen und medialen Drainageweg unterschieden. Lymphflüssigkeit aus dem lateralen Brustbereich fließt zu den axillären Lymphknoten, während der mediale Anteil in die intercostale Abflussbahn mündet und zu den parasternalen Lymphknoten drainiert. Da ein Großteil der Lymphflüssigkeit in die Axilla abgeleitet wird, zeigen sich hier meist die ersten Metastasen [100]. Im Verlauf können dann indirekt über die axillären Lymphknoten auch die Supraclaviculären und Infraclaviculären befallen werden [29]. Die hämatogene Metastasierung erfolgt frühzeitig und hptsl. über die Vv. thoracicae internae et laterales und manifestiert sich dann in 15 % der Fälle in der Lunge und in 70 % in den Knochen [88]. 7 2.1.3 Diagnostik und Früherkennung Stellt die Frau oder der Gynäkologe einen suspekten Befund der Mamma fest, erfolgt nach ausführlicher Anamnese und Inspektion zunächst die gründliche Palpation von Brust und Lymphabflusswegen. Es folgt die Bildgebung mittels Sonographie, wodurch Zysten und Fibroadenome mit hoher Sicherheit gegen Karzinome abgegrenzt werden können. Im Rahmen der komplementären Mammadiagnostik werden die klinische Untersuchung und der Ultraschall durch die Mammographie ergänzt, mit der die Darstellung von Mikrokalk gelingt. Zeigen sich hierbei verdächtige Veränderungen, wird die Diagnose durch die Gewinnung einer Gewebeprobe gesichert. Dies geschieht meist durch eine Stanzbiopsie. Das so gewonnen Präparat wird histopathologisch aufgearbeitet und im Falle eines Karzinoms der Hormonrezeptorstatus, der Differenzierungstyp und der histologische Typ bestimmt [94]. Histopathologisch lassen sich die Mammakarzinome nach der WHO Klassifikation in nichtinvasive und invasive Typen einteilen, wobei das Pagetkarzinom der Brustdrüse eine Sonderstellung einnimmt [29]. Nicht-invasive Karzinome Invasive Karzinome Duktales Carcinoma in situ (DCIS) Invasives duktales Karzinom Lobuläres Carcinoma in situ (LCIS) Invasives duktales Karzinom mit dominanter intraduktaler Komponente Invasives lobuläres Karzinom Muzinöses Karzinom Papilläres Karzinom Tubuläres Karzinom Adenoid-zystisches Karzinom Sekretorisches (juveniles) Karzinom Apokrines Karzinom Karzinome mit Metaplasie Andere Typen Tabelle 1: WHO-Klassifikation der Mammakarzinome Mit einem Anteil von 65 % stellt das invasiv duktale Karzinom die Mehrheit aller Mammakarzinome dar, gefolgt vom duktalen Carcinoma in situ (DCIS) mit 1020 % und dem invasiven lobulären Karzinom mit 5-15 %. Die restlichen Tumorarten treten weitaus seltener auf [57]. 8 In ausgewählten Fällen kommen die Kernspintomographie, sowie die Zytologie bei Mamillensekretion diagnostisch zum Einsatz. Zu den Staging- Untersuchungen, die spätestens nach der Histologiegewinnung durchgeführt werden sollten, zählen der Röntgen- Thorax, die Sonographie der Leber, sowie die Durchführung eines Skelettszintigramms. Etwa 80 bis 90 % aller Geschwulste der weiblichen Brust wurden bisher von den Frauen selbst zufällig entdeckt. Bestimmte Veränderungen der Mamma wie z.B. neu aufgetretene Knoten, persistierende Hautrötungen, Einziehungen, sowie Ausfluss aus der Mamille können auf eine maligne Entartung hinweisen [89]. Da das Mammakarzinom jedoch in der Regel erst spät symptomatisch wird, ist das Tumorstadium bei Erstuntersuchung der tast- und sichtbaren Tumoren meist weit fortgeschritten und dementsprechend mit einer schlechteren Prognose verbunden. Um pathologische Auffälligkeiten frühzeitig zu erkennen haben sich in Deutschland Screening Untersuchungen etabliert. So steht entsprechend der gesetzlichen Krebsvorsorge jeder Frau neben der systematischen Schulung zur Selbstabtastung ab dem 30sten Lebensalter eine jährliche Tastuntersuchung zu. Vom 50 bis 69 Lebensjahr wird alle zwei Jahre ein Mammographiescreening empfohlen [18]. Durch einen flächendeckenden Einsatz konnte die Mortalität des Mammakarzinoms dadurch bereits um über 30 % gesenkt werden [33]. 2.1.4 Therapie Die Therapie des Mammakarzinoms ist individuell, d.h. sie erfolgt in Abhängigkeit vom Allgemeinzustandes Tumorstadium und der unter Berücksichtigung Begleiterkrankungen der Patientin. des Das Mammakarzinom ohne Fernmetastasierung ist per definitionem kurabel, wohingegen das Mammakarzinom mit manifester hämatogener Aussaat in der Regel palliativ zu behandeln ist [29]. In diesen Fällen stehen die Verlängerung der Lebenszeit sowie die Verbesserung der Lebensqualität im Vordergrund. Die Strategie zur Tumorkonferenz Behandlung durch wird im Rahmen Gynäkologen, einer interdisziplinären Radiologen, Onkologen, Strahlentherapeuten und Pathologen erarbeitet und nach Einbindung der Patientin, festgelegt. Prinzipiell besteht die Möglichkeit zur neoadjuvanten Therapie, der Operation sowie der adjuvanten Therapie, wobei meist eine 9 Kombination der Therapieformen angewendet wird. Bei inflammatorischen Mamma Karzinomen oder zunächst inoperablen Tumoren empfiehlt sich eine primäre, sogenannte neoadjuvante Therapie zur Verkleinerung der Tumorgröße. Meist kommen Chemotherapeutika oder antihormonelle Therapien zum Einsatz, deren Anwendung die Operation bzw. brusterhaltende Operation ermöglichen. Zugleich kann eine Aussage zum Ansprechen des Karzinoms auf die jeweilige Therapie getroffen werden. Eine brusterhaltende Therapie (BET) ist heute bei bis zu 60 % der Erkrankten möglich [84]. Dabei muss das Karzinom im Gesunden, mit mind. 1 cm Sicherheitsabstand reseziert werden. Gegen eine brusterhaltende OP sprechen eine ungünstige Brust-Tumor-Größenrelation, Infiltration in umliegendes Gewebe, multizentrische Herde sowie ausgedehnte Einbrüche in Blut- oder Lymphgefäße [43]. In diesen Fällen ist die Mastektomie Mittel der Wahl, wobei neben dem gesamten Brustdrüsenkörper die Pectoralisfaszie sowie die axillären Lymphknoten entfernt werden [43]. Prinzipiell sollte wenn möglich aber immer brusterhaltend operiert werden, da der Krankheitsverarbeitungsprozess für die Frau so erleichtert werden kann. Je nach Wunsch und Situation ist auch ein Brustaufbau nach Mastektomie möglich. Die Operation dient zum einen der Verhinderung eines Lokalrezidives, zum anderen soll eine mögliche Metastasierung durch vollständige Entfernung des Tumors verhindert werden. Die Entfernung der Lymphknoten hat sowohl diagnostische als auch therapeutische Bedeutung. Da meist die axillären Lymphknoten zuerst befallen sind, hat sich heutzutage die selektive Entfernung des Sentinel (Wächterlymphknoten) durchgesetzt. Dieser wird mit Farbstoff oder Radionuklid markiert und intraoperativ mittels Schnellschnitt histologisch untersucht. Im Falle einer Tumorinfiltration erfolgt dann ggf. die Axilladissektion mit ihren unerwünschten Nebenwirkungen, wie Lymphödem, Bewegungs- und Empfindungsstörungen [43, 95]. Nach einer brusterhaltenden Therapie muss die verbleibende Brust bestrahlt werden, um das Risiko eines Lokalrezidivs zu senken [101]. Zur Zerstörung möglicher Mikrometastasten schließt sich in etlichen Fällen eine adjuvante, systemische Therapie Lymphknotenbefall an. erfolgt Je eine nach Alter, hormonelle Hormonrezeptorstatus Behandlung und / und oder Polychemotherapie. GnRH-Analoga, Antiöstrogene wie Tamoxifen sowie Aromatasehemmer kommen zum Einsatz. Ebenso wird die Immuntherapie bei 10 Tumoren mit Überexpression von HER2 durch spezifische Antikörpergabe (z.B. Trastuzumab) angewandt [43, 101]. 2.2. Chemotherapie des Mammakarzinom Im Rahmen der adjuvanten Chemotherapie steht den Patientinnen in Abhängigkeit von TNM-Klassifikation, Grading und histologischem Subtyp, ein breites Spektrum an Zytostatika zur Verfügung. Vor allem Epirubicin, Taxane, Cylclophosphamid, Methotrexat, 5-Flurouracil und Doxorubicin kommen bei der Behandlung des Mammakarzinoms zum Einsatz. In der Praxis werden meist mehrere Zytostatika im Rahmen einer Polychemotherapie kombiniert, um möglichst lange Überlebenszeiten und bessere Remissionsraten zu erreichen. Durch aktive Forschung und dem permanenten Erlangen neuer Erkenntnisse ist die Therapieform jedoch einem ständigen Wandel unterworfen. Aus diesem Grund wird im Folgenden nur auf die in der Arbeit angewandten Chemotherapeutika eingegangen. Betrachtet man die Eigenschaften der Zytostatika finden sich einige Gemeinsamkeiten. Bis auf wenige Ausnahmen wirken diese Medikamente nicht lokal begrenzt sondern systemisch. Dies bietet die Möglichkeit auch Streuherde des Primärtumors zu erreichen, birgt allerdings den Nachteil, dass auch körpereigene Zellen Ziel der Zytostatika Wirkung werden können. Insbesondere sich rasch teilende Zellen sind davon betroffen. Wird die Zelle durch das Therapeutikum irreparabel geschädigt, begibt sie sich in den programmierten Zelltod (Apoptose). In seltenen Fällen führen Zytostatika induzierte Mutationen zum Entarten einer ursprünglich gesunden Zelle, sodass nach gewisser Latenzzeit eine zweite Tumorerkrankung entstehen kann. Nicht zu vernachlässigen sind die zahlreichen Nebenwirkungen wie z.B. Emesis, Knochenmarksdepression u.v.m. mit denen die ChemotherapiePatientinnen zu kämpfen haben. Ebenso muss an eine mögliche tumoreigene Resistenzentwicklung gegen das jeweilige Zytostatikum gedacht werden. 2.2.1 Alkylantien Alkylantien sind Stoffe mit hochreaktiven Alkylresten. Sie gehen mit Nukleinsäuren und Proteinen kovalente Bindungen ein, die zu Störungen in der RNA- und DNA- Synthese führen. Ohne die Möglichkeit der Zelle ihre Erbinformationen fehlerfrei zu replizieren stirbt sie letztendlich ab. Betroffen sind 11 besonders Zellen mit einer hohen Teilungsrate, wie man sie beispielweise in Tumorgewebe aber auch in der Darmschleimhaut findet [81, 105]. Cyclophosphamid stellt einen Vertreter dieser Gruppe dar und wird in Kombination mit Epirubicin und Paclitaxel häufig in der Therapie des malignen Mammakarzinoms eingesetzt. Zu den häufigsten Nebenwirkungen der Alkylantien gehören Alopezie (91 %), Müdigkeit (89 %) und Gewichtszunahme (68 %) [93]. 2.2.2 Anthrazykline Anthrazykline wie Epirubicin gehören zur Gruppe der Topoisomerase II Inhibitoren. Sie sind aus Streptomyces-Arten isolierte Antibiotika, die die Zellteilung blockieren, indem sie in der Interphase die Kondensation der DNADoppelstränge zu Chromosomen hemmen. Im Detail induziert das Enzym Topoisomerase II Doppelstrangbrüche und ermöglicht so die Passage von benachbarten DNA-Doppelsträngen durch die Bruchstelle. Im Anschluss daran werden die Enden wieder aneinander geführt und der Bruch verschlossen. Anthrazykline hemmen diesen letzten Schritt, was zu einer Anhäufung von Doppelstrangbrüchen führt. Die Tumorzelle kann sich nicht weiter teilen und geht unter [34]. Eine gravierende Nebenwirkung dieser Pharmaka ist die Kardiotoxizität. In Studien konnte gezeigt werden, dass neben der akuten Schädigung des Myokards, kongestive Kardiomyopathien vermehrt auftreten. Dies ist insbesondere der Fall, sobald eine kumulative Dosis von 900 mg/m2 Epirubicin erreicht wird. Dieser Wert sollte nicht überschritten werden, da es folglich zu einem signifikanten Anstieg tödlicher Herzfehler kommt [61, 73]. Aufgrund der unselektiven Wirkungsweise der Anthrazykline treten darüber hinaus noch weiter Nebenwirkungen auf, die für die Patienten zum Teil zu extremen Belastungen führen. Insbesondere sind Knochenmarkssupression mit Leukopenie, Mukositis und Gastrointestinale Beschwerden, wie z.B. Übelkeit und Erbrechen beschrieben [55]. 2.2.3 Taxane Die ursprünglich aus der Rinde der pazifischen Eibe gewonnenen Taxane interagieren mit dem mikrotubulären System der Zelle. Die Zytostatika weisen dabei eine besondere Affinität zur ß-Untereinheit des Tubulins auf. Durch ihre 12 Bindung fördern sie die Polymerisation der Mikrotubuli und hemmen gleichzeitig deren Abbau. Bei der Zellteilung kann das Zytoskelett nicht umgebaut und der Spindelfaserapparat nicht aufgebaut werden. In der Zelle wird daraufhin die Apoptose eingeleitet. Zu den wichtigsten Vertretern gehören Paclitaxel und Docetaxel, wobei Docetaxel eine stärkere antineoplastische Wirkung zu haben scheint [17]. Wie die meisten zytostatischen Medikamente wirken Taxane nicht ausschließlich auf malignes Gewebe, sondern auch auf Körpereigenes. Davon betroffen sind insbesondere Zellen mit hoher Mitoserate. Am häufigsten kommt es während der Therapie zum Hand-Fuß Syndrom (62 %), Diarrhö (58 %), Übelkeit (55 %), Erbrechen (37 %) und Stomatitis (34 %) [14]. 2.2.4 Platinverbindungen Schwermetallkomplexverbindungen wie Cisplatin oder Carboplatin haben einen ähnlichen Wirkmechanismus, wie die Alkylantien und werden teilweise auch zu ihnen gezählt. Im Körper entstehen positiv geladene Aqua-komplexe, die zu Quervernetzungen im DNA-Molekül führen. Cisplatin hemmt zusätzlich die DNA-Reparatur und die Telomeraseaktivität. Ein Nachteil in der Behandlung mit Platinverbindungen ist ihre stark erhöhte Toxizität gegenüber nicht malignen transformierten Zellen und eine mögliche Resistenzbildung im Verlauf der Therapie. Ein weiterer Punkt sind die zahlreichen Nebenwirkungen, wie Nephro- und Ototoxizität, aber auch zerebrale Beschwerden und Übelkeit werden beobachtet [46, 47]. 2.4 Zielsetzung Die Möglichkeiten Krebserkrankungen frühzeitig zu diagnostizieren und zu therapieren haben sich in den Vergangenen Jahren stetig verbessert. Dennoch ist eine vollständige Heilung, insbesondere bei fortgeschritten Tumorstadien selten. Ebenso wird angenommen, dass die Wahrscheinlichkeit an einem Malignom zu versterben, aufgrund des demographischen Wandels innerhalb der EU im Jahr 2013 leicht zunehmen wird [67]. Um diesem Trend entgegen zu wirken, setzt die Wissenschaft auch im Rahmen des Mammakarzinoms auf neue Wirkstoffe wie z.B. speziell designte Antikörper, die Wachstum und Metastasierung hemmen. Dennoch bleiben etablierte Therapien, wie Chemotherapeutika ein essentieller Bestandteil in der 13 Behandlung und unterliegen somit der permanenten Weiterentwicklung. Zahlreiche unerwünschte Nebenwirkungen der Zytostatika nehmen gravierenden Einfluss auf die Lebensqualität der Patientinnen. Insbesondere der Zytostatika induzierte Oxidative Stress und seine Folgen sind Gegenstand aktueller Forschung. In der folgenden Arbeit soll der Einfluss chemotherapeutischer Substanzgruppen, bzw. des Epirubicin / Cyclophosphamid und Paclitaxel Schemas sowie des Carboplatin / Paclitaxel Schemas auf das antioxidative Potential von LDL, in brustkrebserkrankten Frauen näher betrachtet werden. 14 3. Material 3.1. Studienteilnehmer Aus dem Patientenpool der Frauenklinik der Universität Erlangen-Nürnberg wurden 18 Frauen ausgewählt, die aufgrund eines diagnostizierten MammaKarzinoms in Behandlung waren. Entsprechend ihres Chemotherapie-Schemas wurden die Patientinnen zwei Gruppen zugeordnet. Die Hälfte der Frauen wurde nach dem Epirubicin, Cyclophosphamid gefolgt von Paclitaxel (EC-P Schema) behandelt, die Übrigen erhielten Carboplatin und Paclitaxel (CP Schema). Als Kontrollreihe diente präpariertes LDL aus dem Plasma eines gesunden Mannes, dessen BMI sowie Plasmaspiegel im Normbereich lagen, Medikamente wurden dabei nicht eingenommen. Die Durchführung der Studie wurde von der Ethik-Kommission der Medizinischen Fakultät der Friedrich - Alexander - Universität ErlangenNürnberg genehmigt. 3.2. Laborhilfsmittel, Spritzen und Kanülen Einmalspritze 5 ml Fa. B. Braun Melsungen AG, Melsungen Einmalspritze 10 ml Fa. B. Braun Melsungen AG, Melsungen Einmalkanüle Fa. Erhardt - Söhne GmbH, Gelslingen (1 x 60 mm) Eppendorf-Cups Fa. Eppendorf, Hamburg 3,2 ml Monovette® KE Fa. Sarstedt, Nümbrecht Monovetten®-Kanüle Nr. 2 Fa. Sarstedt, Nümbrecht (0,8 x 38mm) PP-Test tubes 10 ml Fa. Greiner Bio-One GmbH, Frickenhausen 15 3.3. Testlösungen und Chemikalien Ethylendiamintetraacetat (EDTA) Fa. Sigma, Deisenhofen KBr Fa. Sigma, Deisenhofen Natriumhydroxid Fa. Sigma, Deisenhofen NaCl Fa. Sigma, Deisenhofen O2 Fa. Linde Gas, München 3.4. Lösungsmittel und Puffer Aqua dest. Zentrallaboratorium der Universitätskliniken Erlangen CuSO4-Lösung Endokrinologisches Labor der Frauenklinik Erlangen-Nürnberg PBS-Puffer Endokrinologisches Labor der Frauenklinik Erlangen-Nürnberg. Zentrifugationspuffer Endokrinologisches Labor der Frauenklinik Erlangen-Nürnberg. 3.5. Geräte Drucker für UV/VIS- Fa. Epson, Epson France Spektrometer: Epson LQ 200 Gelbettsäulen, Econo-Pac 10 Fa. BIO RAD GmbH, München DG Heat Sink Fa. Beckmann Instruments, München Kühlschrank: Liebherr Fa. Liebherr, Ochsenhausen Premium Modell Optima LE-80 K Fa. Beckmann Instruments, München Multipipetten Fa. Renner, Dannstadt Quarzküvetten Fa. Sigma, Deisenhofen Quick-Seal® Tubes Fa. Beckmann Instruments, München Rotor: Ti 75 Beckmann® Fa. Beckmann Instruments, München 16 Spectrometer: Perkin-Elmer Fa. Perkin-Elmer, Überlingen Lambda 2 Tube TopperTM Fa. Beckmann Instruments, München Ultrazentrifuge: Beckmann® Fa. Beckmann Instruments, München Wasserbad Fa. Colora, München Zentrifuge: Hettich Universal Fa. Hettich, Tuttlingen 30F 17 4. Methoden 4.1. Theoretischer Teil 4.1.1 LDL Zusammensetzung Low-Density-Lipoprotein (LDL) zählt zu den vier wichtigsten Lipoproteinfraktionen. Der Größe nach absteigend ergibt sich folgende Reihenfolge: Chylomikron, VLDL, IDL, LDL und HDL [5]. Diese lassen sich durch präparative voneinander Ultrazentrifugation trennen und beziehungsweise anhand ihre Elektrophorese Lipid- und Apolipoproteinzusammensetzung unterscheiden [63]. Die Apolipoproteine, also die Proteinanteile, fungieren dabei als Stabilisatoren des eigentlichen Moleküls und als Mediatoren für den weiteren Metabolismus im Stoffwechsel [66]. Sie umhüllen den wasserunlöslichen Kern aus Fettmolekülen, Triglyceriden und Cholesterinestern und gewährleisten so den Transport dieser Substanzen innerhalb unseres Körpers [63]. Betrachtet man das humane LDL im Speziellen, so handelt es sich dabei um einen sphärischen Partikel mit einem Durchmesser von 15-25 nm, einem Molekulargewicht von 2500 kD und einer Dichte von 1,019 – 1,063 g/ml. Im Inneren befindet sich ein stark hydrophober Kern aus vornehmlich Cholesterin, welches mit langkettigen, meist mehrfach ungesättigten Fettsäuren verestert ist. Die Hülle wiederum besteht aus Phospholipiden, nicht verestertem Cholesterin und dem Apoprotein B-100 (Apo-B), einem wie oben bereits erwähntem Apolipoprotein, mit einem Molekulargewicht von 500 kD und einer Affinität zum LDL-Rezeptor [72]. Über diesen Rezeptor kann Lipoprotein per Endozytose aufgenommen werden und dadurch Cholesterin in der Körperperipherie bereitgestellt werden [15]. Zum Schutz vor Radikalen besitzt das LDL lipidlösliche Antioxidantien, Coenzym Q [13, 27]. wie alpha-Tocopherol, Beta-Carotin oder 18 Relative elektrophoretische Dichte (g/l) Größe (Å) Proteinanteil (%) 1,019-1,063 150-290 20-25 Mobilität B (Beta) Cholesterin- Phospholipidanteil Triglyceridanteil anteil (%) (%) (%) 50-60 18-24 4-8 Apolipoproteine (%) B (Hauptbestandteil) E (Nebenbestandteil) Tabelle 2: Zusammensetzung des LDL Partikels [32] 4.1.2 Lipidperoxidation Täglich kommt der menschliche Körper mit einer Vielzahl an Radikalen in Kontakt. Manche stellt der Organismus selbst her, andere werden ihm von außen zugeführt. So besitzt zum Beispiel jeder Mensch Regulationsmechanismen und Enzyme, wie die NADPH- Oxidase, die im Rahmen von Entzündungsreaktionen Sauerstoffradikale erzeugt [42]. für Treffen Krankheitserreger solche Radikale toxische auf zelluläre Membranen führt dies zum Verlust von Funktion und Aufbau bis hin zum Zelltod [44]. Um ein unkontrolliertes Ablaufen und somit eine Schädigung des Körpers zu vermeiden besitzen Zellmembranbestandteile wie die die meisten Zellen Superoxiddismutase und antioxidative Glutathion- peroxidase [21, 49]. Die eigentliche Lipidperoxidation wird durch das ungepaarte Elektron eines Radikals initiiert. Dieses reagiert dabei mit den Doppelbindungen ungesättigter Fettsäuren, darunter insbesondere Linolen- und Arachnidonsäure, deren Konzentration im LDL Partikel dabei signifikant abnimmt. Die dabei entstehenden Fettsäureradikale können nun wiederum an molekularem Sauerstoff angreifen, wobei es zur Umlagerung zum Peroxylradikal kommt. Dieses reaktionsfreudige Molekül ist in der Lage einer weiteren ungesättigten Fettsäure ein Elektron zu entziehen, was zur Bildung eines Fettsäurehyperoxids führt und über das neu entstandene Fettsäureradikal, die Kettenreaktion aufrechterhält [91]. Esterbauer hat in seinen Versuchen gezeigt, dass durch die Doppelbindungen der Fettsäurehydroperoxide, die Veränderung der Absorption bei einer Wellenlänge von 234 nm kontinuierlich photometrisch nachweisbar ist [35]. Das 19 dabei entwickelte Verfahren stellt die Basis für die später durchgeführten Messungen der Lag-Phase am präpariert LDL der Mammakarzinom Patientinnen dar. Bild 1: Lipidperoxidation bei LDL [28, 78] 4.1.3 In-Vitro-Oxidation des LDLs durch die kupferkatalysierte Oxidation nach Esterbauer Im Lauf der Zeit etablierten sich verschiedene Möglichkeiten, die In-VitroOxidation von LDL zu belegen. In einigen Studien erfolgte dabei die Inkubation mit Fibroblasten [36], Endothelzellen [45], Makrophagen [52] und glatten Muskelzellen [70]. Meist geschieht dies Zellvermittelt. Eine weitere Möglichkeit, bei der kein Kontakt zwischen Zellen notwendig ist, besteht in der Verwendung von Kupferionen oder Eisenionen [71]. Die In-Vitro-Oxidation von LDL durch die kupferkatalysierte Oxidation nach Esterbauer ist ein vielfach durchgeführtes Verfahren [79, 108] und kam auch in den folgenden Versuchen zum Einsatz. Dabei entstehen Lipidhyperoxide, die die gleiche Löslichkeit besitzen wie LDL und ein Absorptionsmaximum bei 234 nm aufweisen. Dadurch sind sie im flüssigen Milieu photometrisch nachweisbar [35]. Je größer der Gehalt an Antioxidantien im LDL Molekül ist, desto länger dauert die Peroxidationsreaktion von mehrfach ungesättigten Fettsäuren zu 20 Dienen. Im Verlauf der Reaktion können drei Phasen unterschieden werden: Lag-Phase: In dieser Phase steigt die Konzentration an Hydroperoxiden nur sehr langsam an. Dementsprechend findet sich auch nur ein geringer Anstieg der im Photometer gemessenen Extinktion. Der Grund ist ein Verbrauch von im Lipoprotein endogen vorhandenen Antioxidantien, wie Vitamin E, β-Carotin, Ubichinon u.a., die die LDL-Partikel vor radikalischen Angriffen schützen. Die Lag- Phase lässt sich dementsprechend künstlich verlängern, indem man antioxidativ wirkende Substanzen, wie zum Beispiel Vitamin C zum Versuchsansatz hinzugibt. Die Lag-Phase endet, sobald die Antioxidantien weitgehend aufgebraucht sind. Propagations-Phase: Diese zweite Phase zeichnet sich durch einen raschen Extinktionsanstieg aus. Die pro-oxidativ wirkenden Cu2+ Ionen können nun direkt an den Doppelbindungen der ungesättigten Fettsäuren angreifen und überführen diese in Lipidhydroperoxide, deren Extinktion bei 234 nm messbar ist. Decompositions-Phase: Die letzte Phase beginnt mit dem Erreichen der maximalen Extinktion. Zu diesem Zeitpunkt ist der größtmögliche Teil der Fettsäuren in Hydroperoxide umgewandelt. Es handelt sich dabei allerdings um instabile Verbindungen, die u.a. zu stabileren Aldehyden, Malondialdehyd, Hexanal und 4-Hydroxynonenal zerfallen können. In diesem Fall zeigt die Extinktion einen leichten Abfall für die Dauer von ca. zwei Stunden. Reagieren diese Produkte weiter so kann es wiederum zu einem weiteren Anstieg der Extinktion kommen, da manche dieser komplexen Verbindungen UV-Licht in einem Bereich von 210-240 nm absorbieren [28, 30, 35, 108]. 21 Bild 2: Graphische Darstellung der drei Phasen der LDL-Oxidation[35] Zusätzlich kann aus der Kurve das Extinktionsmaximum abgelesen werden. Es entspricht der Menge an Dienen (= Fettsäurehydroperoxide), die aus den mehrfach ungesättigten Fettsäuren entstehen und ist abhängig von deren ursprünglicher Konzentration. Ein weiteres Merkmal ist die Steigung der Kurve, sie stellt die Geschwindigkeit der Reaktion dar [28]. Im weiteren Verlauf der Studie war die Dauer der Lag- Phase von besonderem Interesse. Als Maß für das antioxidative Potenzial des gewonnenen LDLs kann sie, wie in der obigen Abbildung dargestellt, graphisch ermittelt werden. Dabei ist das Ende der Lag Phase definiert als der Schnittpunkt der Tangente der Kurve der Prolongationsphase mit einer Parallelen der Abszisse auf Höhe des Ausgangswertes. 4.2 Experimenteller Teil 4.2.1 Plasmagewinnung Zu Beginn der Studie wurden alle Teilnehmer ausführlich über die Blutentnahmen aufgeklärt und bestätigten ihr Einverständnis mittels Unterschrift. Die Einteilung der Patientinnen erfolgte in drei Gruppen, wobei die erste der Kontrollperson vorbehalten blieb. Die Zweite und Dritte beinhaltete je neun Frauen. Hierbei galt als Einschlusskriterium ein diagnostiziertes Mammakarzinom, das im Folgenden entweder mit dem EC – P Schema 22 (Gruppe 1; Epirubicin / Cyclophosphamid gefolgt von Paclitaxel) oder dem CP Schema (Gruppe 2; Carboplatin und Paclitaxel) behandelt wurde. Den nüchternen Probandinnen wurde venöses Blut entnommen, welches in jeweils zwei 3,2 ml Kalium-EDTA Monovetten mit einer Kalium-EDTA-Konzentration von 1,6 mg/ml Blut aufgefangen wurde. Es wurde darauf geachtet, dass zu dieser Zeit Entzündungsparameter und Temperatur im Normbereich lagen. Das so gewonnene Vollblut wurde im Anschluss bei 3000 Umdrehungen pro Minute zentrifugiert. Die festen Blutbestandteile setzten sich daraufhin am Boden ab, woraufhin das Plasma in ein Eppendorfgefäß abpippetiert werden konnte. Bis zur Weiterverarbeitung wurde das Plasma lichtgeschützt bei 4°C aufbewahrt. 4.2.2 LDL Isolierung Der nächste Schritt erfolgte mittels der Gradienten Ultrazentrifugation bei präselektierter Dichte nach Abbey. Das isolierte Plasma wurde dabei zeitnah durch Zugabe von 0,2 g Kaliumbromid pro Milliliter auf eine Plasmadichte von 1,2 g/ml eingestellt [7]. Anschließend wurden je zwei Quick-Seal® Tubes mit PBS-Puffer gefüllt. Der Puffer bestand dabei aus Kochsalzlösung mit einem EDTA- Gehalt von 0,1 % und wies eine Dichte von 1,006 g/ml auf. Auf dem Boden der mit PBS- Puffer gefüllten Quick-Seal® Tubes wurden 2 ml des mit KBr versetzten Plasmas eingebracht. Im Anschluss wurden diese durch Zugabe weiterer Pufferlösung vollständig aufgefüllt und mithilfe von Tube TopperTM, Seal Guide, Seal Former und Heat Sink luftdicht verschlossen [12, 22, 30]. Die so gewonnenen Röhrchen wurden bei 4° in einem Ti 75 Rotor und einer Beckman Ultrazentrifuge Modell Optima Typ LE-80 K bei 6500 Umdrehungen/min, für die Dauer von 6 Stunden zentrifugiert, wodurch das LDL als gelbliche Bande sichtbar wurde. Um den Unterdruck zu beseitigen wurde ein Loch im oberen Teil des Tubes gestochen. Auf diese Weise konnte das LDL mithilfe einer Spritze und einer Kanüle durch die Wand des Röhrchens abgezogen werden. Bis zur weiteren Verarbeitung wurde das präparierte LDL bei 4° für bis zu zwei Wochen im Kühlschrank gelagert. 4.2.3 Reinigung des LDL Bei dem so gewonnenen LDL handelte es sich allerdings noch nicht um die benötigte Reinform. Es enthielt immer noch Reste des in den Monovettenröhrchen enthaltenen Oxidationsschutzes EDTA und des für die 23 Zentrifugation benötigten Kaliumbromids. Um diese Substanzen zu entfernen wurde auf die Möglichkeit der Gelfiltration (Gelbettsäulen: Econo-Pac 10 DG) zurückgegriffen. Dieses Reinigungsverfahren ist einfacher und schneller durchführbar als die früher verwendete Aufarbeitung mittels Dialyse. Vor jeder Filtration wurden die Gelbettsäulen zweimal mit PBS-Puffer gespült und dann mit bis zu maximal 1,6 ml des noch verunreinigten LDLs befüllt. Nachdem sich das LDL zwischen den Gelpartikeln vollständig verteilt hatte, wurde der Rest der Säulen bis zum Rand mit PBS Puffer aufgefüllt. Das reine LDL konnte nun an der Spitze anhand seiner gelblichen Färbung deutlich identifiziert und mit einer Glasküvette aufgefangen werden. Ein Teil wurde für die Konzentrationsbestimmung ins Zentrallabor des Universitätsklinikums Erlangen gebracht, der restliche Teil bis zur weiteren Messung in einem verschlossenen Glasröhrchen aufbewahrt. Am Ende jedes Durchgangs wurden die Gelbettsäulen zweimal mit PBS Puffer gespült und konnten so mehrmals, allerdings nicht länger als zwei Wochen benutzt werden [23, 30]. 4.2.4 Ermittlung der LDL-Konzentration im Eluat Nachdem die LDL Konzentration im Zentrallaboratorium des Universitätsklinikums bestimmt worden waren, mussten die durch Zentrifugation und Gelfiltration entstandenen Schwankungen im isolierten LDL durch Zugabe von Eluat ausgeglichen werden. Anderenfalls hätte nicht sichergestellt werden können, dass bei jedem Oxidationsansatz die gleiche Menge an LDL eingesetzt wurde. Die dafür benötigte Menge an Eluat konnte anhand folgender Formeln berechnet werden. Berechnung des LDL-Cholesteringehalts des Eluats: c(Probe) E(Probe) = c(Standard) E(Standard) C = Konzentration; E = Extinktion Berechnung der einzusetzenden Menge des Eluats: c(Probe) x X ml = 80 mg/dl x 0,1 ml 24 Die einzusetzende Zielmenge an LDL-Cholesterin waren 0,08mg, das entsprach bei 1ml Reaktionsvolumen einer Endkonzentration von 0,08mg/ml [31]. 4.2.5 LDL- Oxidation in vitro Wie Esterbauer in seinen Arbeiten feststellte, entstehen bei der Cu 2+ katalysierten LDL Oxidation Diene, die ein definiertes Absorptionsmaximum bei 234 nm aufweisen. Dies lässt sich photometrische messen und grafisch darstellen [35]. Die in der Studie verwendete Testsubstanz setzte sich aus folgenden Bestandteilen zusammen O2 gesättigter PBS-Puffer 978 µl – x µl Eluat Eluat x µl CuSO4- Lösung (0,68 mmol/L) 17 µl Zu Beginn wurde O2 gesättigter PBS-Puffer mit einem pH-Wert von 7,4 in acht Eppendorf Cups gegeben und die errechnete Menge des Eluats dazu pipettiert. Um die eigentliche Reaktion zu starten, folgte die Zugabe des katalytisch wirkenden CuSO4. Vor dem luftfreien Pipettieren in die Quarzküvetten wurden die Ansätze mittels eines Rotors gründlich gemischt. Von den gleichzeitig maximal 8 Reaktionsansätzen dienten jeweils zwei als Kontrolle, enthielten also Eluat aus dem LDL der Kontrollperson. In den übrigen sechs Küvetten befanden sich jeweils in zweifacher Ausführung Eluatzusätze der zu testenden Patienten mit Mammakarzinom. Über einem Zeitraum von 6-8 Stunden, bei einer Temperatur von 37°C, erfolgte in fünfminütigen Abständen die photometrische Messung der Absorption bei 234 nm, bis kein weiterer Anstieg der konjugierten Diene mehr messbar war [30]. 4.2.6 Herstellung der Pufferlösungen Puffer zur Zentrifugation: Der zur Zentrifugation benötigte Puffer wurde durch Zugabe von 6g NaCl und 1g EDTA zu 1l H2O (dest.) im Endokrinologischen Labor der Frauenklinik 25 hergestellt. Bei einem erwünschten pH von 7,4 sind alle Teilchen in Lösung, sodass eine klare Flüssigkeit vorlag. PBS-Puffer zur Oxidation: Der zur Oxidation benötigte Puffer wurde durch Zugabe von 0,7g NaH2PO4, 0,7g Na2HPO4 sowie 8,7g NaCl zu 1l H2O (dest.) erstellt. Die bei einem pH von 7,4 klare Flüssigkeit wurde zur vollständigen Lösung in ein Wasserbad von 37°C gestellt. Kupfersulfatlösung zur Oxidation Die bei der Oxidation als Katalysator benötigte Kupfersulfatlösung Nr.2 wurde durch Verdünnung der Kupfersulfatlösung Nr. 1 hergestellt. Lösung 1: 68mM Lösung 2: 0,68mM 1,71 g CuSO4/100 ml Aqua dest. 1,1 ml Lösung1/99 ml H2O 4.3 Statistik Die erhobenen Daten wurden mittels SPSS (Statistical Package for the Social Sciences, Version 20 für Macintosh; SPSS, Inc., Chicago, Illinois, USA) analysiert. Anhand der photometrisch gemessenen Werte erfolgte die graphische Umsetzung und Auswertung mittels Excel (Microsoft). Die Dauer der Lag-Phase wurde wie zuvor beschrieben nach Esterbauer bestimmt. Die Prolongationsfaktoren wurden ermittelt und Mittelwert sowie Standardabweichung für die jeweilige Gruppe errechnet und die Werte durch den Kolmogorov-Smirnov Tests auf Normalverteilung getestet. Mit Hilfe des Student t-Tests wurde die Signifikanz der Ergebnisse beurteilt, die sich durch den so genannten p-Level definiert. Bei einem p-Level < 0,05 gelten die Ergebnisse als signifikant (s+), bei einem p-Level <0,01 als hochsignifikant (s++). Bei Werten > 0,05 spricht man von einem nicht signifikanten Ergebnis (s-). 26 5. Ergebnis 5.1. Einfluss von Chemotherapeutika auf die In-Vitro-Oxidation von LDL Ziel der Studie war es, den Einfluss verschiedener Chemotherapie-Schemata auf den Oxidativen Stress an Brustkrebs erkrankter Frauen zu ermitteln und untereinander zu vergleichen. Im Rahmen der Studie erhielt jede Patientin drei Blutentnahmen: vor Beginn der Chemotherapie, sowie nach dem ersten und zweiten Zyklus. Die LDLKonzentration der jeweiligen Proben wurde bestimmt und anschließend die Dauer der Lag Phase mittels des bereits erläuterten Esterbauer-Verfahrens photometrisch ermittelt. Um mögliche Messfehler möglichst frühzeitig zu erkennen, erfolgte die Messung der Oxidationsansätze stets in zweifacher Ausführung zusammen mit einer Kontrollprobe. Die Ergebnisse des Photometers wurden alle 5 Minuten erfasst, tabellarisch ausgewertet und mittels Excel in Diagramme konvertiert. Die gewonnenen Werte wurden zunächst innerhalb der Gruppe bzgl. der jeweiligen Entnahme-Zeitpunkte verglichen und anschließend das Epirubicin, Cyclophosphamid und Paclitaxel Schema dem Carboplatin - Paclitaxel Schema gegenüber gestellt. Im Folgenden werden die Ergebnisse zunächst für jedes ChemotherapieSchemata einzeln dargestellt und anschließend miteinander verglichen. 5.1.1 Epirubicin, Cyclophosphamid und Paclitaxel (EC-P Schema) Bei der folgenden Versuchsreihe waren 9 Patientinnen beteiligt, bei denen das EC-P Schema zur Therapie des Mamma Karzinoms angewendet wurde. Das Durchschnittsalter der Probandengruppe betrug 48 Jahre. Tabelle 3 zeigt die Dauer der Lag Phase vor der Chemotherapie, nach dem Ersten und nach dem zweiten Zyklus. Die Dauer der Lag-Phase ist entscheidend, da diese äquivalent zur Menge der Antioxidantien in der untersuchten Substanz ist. 27 Personenkennziffer Vor Chemotherapie Lag-Phase 1.Zyklus Lag-Phase 2.Zyklus Lag-Phase 1 44,00 44,00 50,00 2 67,00 67,00 72,00 3 44,00 69,00 61,00 4 50,00 92,00 47,00 5 67,00 67,00 77,00 6 47,00 42,00 64,00 7 56,00 28,00 53,00 8 81,00 74,00 81,00 9 25,00 67,00 61,00 Tabelle 3: Dauer der Lag-Phase (min) zum jeweiligen Blutentnahme Zeitpunkt (EC-P Schema) Im Anschluss wurde der Mittelwert sowie die Standardabweichung der Dauer der Lag-Phase zum jeweiligen Blutentnahme Zeitpunkt für die gesamte Gruppe berechnet. Die Werte sind in Tabelle 4 zusammengefasst. Vor Chemotherapie 1.Zyklus 2.Zyklus Summe 481 550 566 Mittelwert [min] 53,4 61,1 62,9 Standardabweichung [min] 16,5 19,5 11,9 Faktor 1 1,14 1,18 Tabelle 4: Analyse der Lag-Phase der EC-P Schema Gruppe 28 Anhand der in Tabelle 4 aufgetragenen Faktoren ist zu erkennen, dass der Mittelwert der Dauer der Lag-Phase im ersten Zyklus um 14 % und im zweiten Zyklus um 18 % im Vergleich zum Ausgangswert zunimmt. Diese Verlängerung könnte auf eine Zunahme des antioxidativen Potentials im Verlauf der Chemotherapie hinweisen. Die folgende Graphik wurde aus den photometrisch erfassten Extinktionswerten der EC-P Gruppe basierend auf deren Mittelwerten errechnet. Zur graphischen Bestimmung der Lag-Phasen kann wie in Graphik 2 beschrieben, mittels Tangente die Zeit abgelesen werden. Die Mittelwerte der Dauer der LagPhasen können aus Tabelle 4 entnommen werden und betragen 53,4 min vor der Chemotherapie, 61,1 min im ersten Zyklus und 62,9 min im zweiten Zyklus. Graphik 3: Dauer der Lag-Phasen der EC-P Gruppe im Vergleich Anhand der Graphik ist eine Zunahme der Lag-Phase im Ersten sowie zweiten Zyklus im Vergleich zum Ausgangswert erkennbar, die auf eine Zunahme des antioxidativen Potentials im Verlauf der Chemotherapie hinweisen kann. Ob es sich dabei um signifikante Unterschiede handelt, wurde mittels des t-Tests überprüft. 29 Vor der Durchführung des Signifikanztestes wurde die Dauer der Lag-Phase zu allen drei Blutentnahme Zeitpunkten mit Hilfe des Kolmogorov- Smirnov Test auf Normalverteilung geprüft. Dieser Test kann bei einer kleinen Stichprobenanzahl angewandt werden und gibt an, ob das Versuchsergebnis mit hoher Wahrscheinlichkeit von der Normalverteilung abweicht. Bei p ≥ 0,05 gelten die Werte als signifikant. 30 Graphik 4 sowie Tabelle 5: Kolmogorov- Smirnov Test vor Chemotherapie: Ordinate = Häufigkeit, Abszisse = Dauer der Lag-Phase in min, p = 0,517 31 Graphik 5 sowie Tabelle 6: Kolmogorov- Smirnov Test des 1. Zyklus; Ordinate = Häufigkeit, Abszisse = Dauer der Lag-Phase in min; p = 0,856 32 Graphik 6 sowie Tabelle 7: Kolmogorov- Smirnov Test des 2. Zyklus; Ordinate = Häufigkeit, Abszisse = Dauer der Lag-Phase in min; p = 0,390 33 In allen drei Fällen konnte die Annahme der Normalverteilung bestätigt werden. Die Voraussetzung zur Durchführung des t-Tests war somit erfüllt. Mit Hilfe von Excel wurde ein zweiseitiger t-Test zweier gepaarter Stichproben ungleicher Varianz durchgeführt und im Folgenden exemplarisch am Bsp. des Vergleiches der Dauer der Lag-Phase vor Chemotherapie und nach dem 1 Zyklus analysiert. Für diesen Fall lautet die Nullhypothese bzw. entsprechend die Alternativhypothese wie folgt: H0: Die Dauer der Lag-Phase zwischen Z.v. Chemotherapie und erstem Zyklus zeigt keine signifikante Verlängerung oder Verkürzung. H1: Die Dauer der Lag-Phase zwischen Z.v. Chemotherapie und erstem Zyklus unterscheidet sich signifikant. Das Signifikanzniveau wurde bei 5 % festgelegt. Bei einem p- Level von 0,360 muss die Alternativhypothese verworfen werden, die Nullhypothese bleibt erhalten. Entsprechendes gilt für den Vergleich der Dauer der Lag-Phase zwischen Z.v. Chemotherapie und zweitem Zyklus bzw. zwischen erstem und zweitem Zyklus. Bei einem p Level von 0,053 bzw. 0,803 muss ebenfalls die Nullhypothese beibehalten werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es im Vergleich zum Anfang, aber auch während der Applikation der Chemotherapie zu keinen signifikanten Veränderungen in der Dauer der Lag-Phase gekommen ist. Die Ergebnisse des t-Test sind in unten stehender Tabelle aufgeführt. Student t-Test p-Level Signifikanz Z.v. Chemo vs. 1. Zyklus 0,360 s- Z.v. Chemo vs. 2. Zyklus 0,053 s- 1. Zyklus vs. 2. Zyklus 0,803 s- Tabelle 8: Student t-Test 5.1.2 Carboplatin und Paclitaxel (CP Schema) An dieser Messreihe nahmen ebenfalls neun weibliche Probandinnen teil. Ihnen gemeinsam war ein diagnostiziertes Mammakarzinom, das chemotherapeutisches mittels Carboplatin und Paclitaxel behandelt wurde. Das Durchschnittsalter zum Zeitpunkt Probandengruppe auf 56 Jahre. der Studie belief sich in dieser 34 Tabelle 9 zeigt die Dauer der Lag Phasen vor der Chemotherapie, nach dem Ersten und nach dem zweiten Zyklus der Patientinnen, die mit dem CP Schema behandelt wurden. Personenkennziffer Vor Chemotherapie Lag-Phase 1.Zyklus Lag-Phase 2.Zyklus Lag-Phase 1 47,00 47,00 44,00 2 44,00 39,00 25,00 3 47,00 92,00 67,00 4 47,00 75,00 72,00 5 36,00 47,00 47,00 6 44,00 83,00 48,00 7 39,00 42,00 48,00 8 50,00 47,00 69,00 9 44,00 47,00 47,00 Tabelle 9: Dauer der Lag-Phase (min) zum jeweiligen Blutentnahme Zeitpunkt (CP Schema) Im Anschluss wurde der Mittelwert sowie die Standardabweichung der Dauer der Lag-Phase zum jeweiligen Blutentnahme Zeitpunkt für die gesamte Gruppe die entsprechend dem CP Schema behandelt wurde berechnet. Die Werte sind in Tabelle 10 zusammengefasst. Vor Chemotherapie 1.Zyklus 2.Zyklus Summe 398 519 467 Mittelwert [min] 44,2 57,7 51,9 35 Standardabweichung [min] 4,4 19,9 15,0 Faktor 1 1,31 1,17 Tabelle 10: Analyse der Lag-Phase der CP Schema Gruppe Für die Graphik 7 wurden die Mittelwerte der Extinktionsparameter der Carboplatin-Paclitaxel Gruppe verwendet. Die daraus resultierende Dauer der Lag-Phase kann der Tabelle 10 entnommen werden und beträgt im Mittel für den Zustand vor Chemotherapie 44,2 min, für den ersten Zyklus 57,7 min und für den zweiten Zyklus 51,9 min. Graphik 7: Dauer der Lag-Phasen der CP Gruppe im Vergleich Anhand der Graphik ist eine Zunahme der Lag-Phase nach dem ersten Zyklus im Vergleich zum Ausganswert vor der Chemotherapie erkennbar. Es gilt jedoch zu beachten, dass die Dauer der Lag-Phase nach dem zweiten Zyklus im Vergleich zum Ersten abnimmt, jedoch in Bezug auf den Ausgangswert erhöht bleibt. Da sich die Dauer der Lag Phase insgesamt verlängert, könnte dies auf eine antioxidative Wirkung der Chemotherapeutika hindeuten; die Konzentration an Radikalen sinkt insgesamt. 36 Auch in dieser Versuchsreihe wurden vor Durchführung des t-Tests zur Prüfung auf Signifikanz, die ermittelten Mittelwerte der Dauer der Lag-Phase auf Normalverteilung getestet. Dies erfolgte wie zuvor mittels des KolmogorovSmirnov Tests. Das Signifikanz-Niveau beträgt p ≥ 0,05. 37 Graphik 8 sowie Tabelle 11: Kolmogorov- Smirnov Test vor Beginn der Chemotherapie; Ordinate = Häufigkeit, Abszisse = Dauer der Lag-Phase in min; p = 0,772 Graphik 9 sowie Tabelle 12: Kolmogorov- Smirnov Test des 1. Zyklus; Ordinate = Häufigkeit, Abszisse = Dauer der Lag-Phase in min; p = 1,112 38 Graphik 10 sowie Tabelle 13: Kolmogorov- Smirnov Test des 2. Zyklus; Ordinate = Häufigkeit, Abszisse = Dauer der Lag-Phase in min; p = 0,808 39 Die Annahme einer Normalverteilung kann für alle 3 Stichproben beibehalten werden, die Voraussetzung zur Anwendung des t-Tests war somit erfüllt. Es wurde ein zweiseitiger t-Test zweier gepaarter Stichproben ungleicher Varianz durchgeführt und analog der Vorgehensweise zur Gruppe der mittels des EC-P Schema behandelten Patientinnen ausgewertet. Das Signifikanzniveau wurde bei 5 % festgelegt. Bei einem p-Level von 0,066 für den Vergleich der Dauer der Lag-Phase zwischen Z.v. Chemotherapie und dem ersten Zyklus muss die Alternativhypothese verworfen werden. Die Nullhypothese bleibt für den Vergleich der Dauer der Lag-Phase zwischen Z.v. Chemotherapie und zweitem Zyklus bei einem p-Level von 0,126 erhalten. Ebenso beim Vergleich zwischen Erstem und zweitem Zyklus mit einem p-Level von 0,335. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es auch in der Gruppe der Patientinnen die aufgrund ihres Mammakarzinoms mit dem PC Schema behandelt wurden im Vergleich zum Anfang, aber auch während der Applikation der Chemotherapie zu keinen signifikanten Veränderungen in der Dauer LagPhase gekommen ist. Somit kann für die Gruppe als Ganzes, ebenfalls ein unverändertes antioxidatives Potential postuliert werden. Die Ergebnisse des t-Test sind in unten stehender Tabelle aufgeführt. Student t-Test p-Level Signifikanz Z.v. Chemo vs. 1. Zyklus 0,066 s- Z.v. Chemo vs. 2. Zyklus 0,126 s- 1. Zyklus vs. 2. Zyklus 0,335 s- Tabelle 14: Student t-Test 40 5.2 Vergleich der beiden Chemotherapie-Schemata (EC-P vs. CP) Im Folgenden wurden die Auswirkungen des EC-P bzw. CP ChemotherapieSchemas auf den Oxidativen Stress der Mammakarzinom Patientinnen direkt verglichen. Zunächst wurde die Dauer der Lag-Phase der beiden PolychemotherapieSchemata zum jeweiligen Blutentnahme Zeitpunkt gegenübergestellt. Mittels des t-Tests für unabhängige Stichproben wurden die Mittelwerte der Lag-Phase des EC-P bzw. CP Schemas zum Zeitpunkt vor der Chemotherapie, nach dem Ersten sowie zweiten Zyklus miteinander verglichen. Die Ermittlung des p-Werts ist in untenstehenden Tabellen aufgeführt. Tabelle 15: p-Wert vor Chemotherapie (EC-P vs. CP Schema) Tabelle 16: p-Wert nach dem 1. Zyklus (EC-P vs. CP Schema) 41 Tabelle 17: p-Wert nach dem 2. Zyklus (EC-P vs. CP Schema) Exemplarisch für den Blutentnahme Zeitpunkt vor Beginn der Chemotherapie lautet die Nullhypothese bzw. entsprechend die Alternativhypothese wie folgt: H0: Die Dauer der Lag-Phase zum Zeitpunkt Z.v. Chemotherapie beim EC-P Schema zeigt keine signifikante Verlängerung oder Verkürzung gegenüber dem PC Schema. H1: Die Dauer der Lag-Phase zum Zeitpunkt Z.v. Chemotherapie unterscheidet sich signifikant zwischen dem EC-P und PC Schema. Das Signifikanzniveau wurde bei 5 % festgelegt. Die Ergebnisse des t-Test unabhängiger Stichproben zum direkten Vergleich der Auswirkung der beiden Polychemotherapie-Schemata auf den Oxidativen Status der Mammakarzinom Patientinnen sind in untenstehender Tabelle zusammengefasst. EC-P Schema CP Schema (Mittelwert) (Mittelwert) Z.v. Chemotherapie 53,4 44,2 0,139 1. Zyklus 61,1 57,7 0,716 2. Zyklus 62,9 51,9 0,104 Tabelle 18: p-Werte bzgl. der Mittelwerte der Lag-Phasen im Vergleich (min) p-Wert 42 Bei einem p- Wert von 0,139 muss die Alternativhypothese verworfen werden, die Nullhypothese bleibt erhalten. Entsprechendes gilt für den Vergleich zum Zeitpunkt nach dem ersten bzw. zweiten Zyklus. Bei einem p- Wert von 0,716 bzw. 0,104 muss ebenfalls die Nullhypothese beibehalten werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es im Vergleich zum Anfang, aber auch während der Applikation der Chemotherapie bei beiden TherapieSchemata zu keinen signifikanten Veränderungen in der Dauer Lag-Phase gekommen ist. Ebenso wurde kein signifikanter Unterschied im Vergleich der Dauer der Lag-Phasen der unterschiedlichen Chemotherapie-Schemata gefunden. Der Zeitabschnitt in dem sich das LDL Molekül vor pro-oxidativen Substanzen schützen kann, ist somit an den gemessenen Zeitpunkten in etwa gleich und wird mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht durch die Chemotherapeutika beeinflusst. In den folgenden beiden Tabellen wurden jeweils die Mittelwerte der Dauer der Lag-Phase des EC-P bzw. CP Schemas mit der mitlaufenden Kontrolle verglichen um die prozentuale Verlängerung oder Verkürzung der Lag-Phase im Verlauf der Chemotherapie im Vergleich zur Kontrolle zu ermitteln. Epirubicin, Cyclophosphamid - Paclitaxel Kontrolle Z.v. Chemo 1. Zyklus 2. Zyklus Mittelwert 58,8 53,4 61,1 62,9 Faktor 1 0,91 1,04 1,07 Tabelle 19 Zunahme der Lag-Phase (EC-P Schema) Carboplatin-Paclitaxel Kontrolle Z.v. Chemo 1. Zyklus 2. Zyklus Mittelwert 58,8 44,2 57,7 51,9 Faktor 1 0,75 0,98 0,88 Tabelle 20 Zunahme der Lag-Phase (CP Schema) 43 In der kommenden Graphik wurden die beiden Polychemotherapie-Schemata bzgl. der Dauer der Lag-Phase zum jeweiligen Blutentnahme Zeitpunkt direkt gegenüber gestellt um die unterschiedliche Zunahme des antioxidativen Potentials im Verlauf der Chemotherapie darzustellen. Es zeigt sich eine kontinuierliche Verlängerung der Lag-Phase im Verlauf bei Anwendung des EC-P Schemas, die Anzahl freier Radikale scheint zu sinken, was auf eine antioxidative Wirkung der Polychemotherapie hinweisen könnte. Im Vergleich dazu steigt die Lag-Phase bei Patientinnen die aufgrund ihres Mammakarzinoms mit dem PC Schema therapiert wurden innerhalb des ersten Zyklus an, sinkt jedoch nach dem zweiten Zyklus wieder ab. Dies Unterschiede sind allerdings nicht signifikant und werden deshalb als Schwankungen im Rahmen der Messungen gewertet. Graphik 11: Mittelwerte der Lag-Phasen im Vergleich 44 5.3 Zusammenfassung der Ergebnisse Während der Chemotherapie Gabe kam es zu keinen signifikanten Veränderungen in der Oxidierbarkeit der LDL Moleküle. Weder unter der Gabe von EC-P (Epirubicin, Cyclophosphamid und Paclitaxel) noch unter der Gabe von CP (Carboplatin und Paclitaxel) konnte eine signifikante Verlängerung der Lag-Phase im Verlauf der Therapie registriert werden. Dennoch zeigten die durchgeführten Messungen eine kontinuierliche Verlängerung der Lag-Phasen-Dauer nach dem ersten sowie zweiten Zyklus bei Patientinnen, die mit dem EC-P Schema behandelt wurden. Diese Verlängerung könnte auf eine Zunahme des antioxidativen Potentials im Verlauf der Chemotherapie hinweisen. Ebenso sank die Konzentration an Radikalen im Verlauf der Therapie mittels CP insgesamt. Trotz eines Konzentrationsanstieges nach dem zweiten Zyklus blieb die Dauer der Lag Phase über dem Ausgangswert. Insgesamt zeigt die Anwendung der EC-P Therapie ein höheres, wenn auch nicht signifikantes antioxidatives Potential. 45 6. Diskussion 6.1 Oxidativer Stress und seine Folgen Im Laufe des Lebens ist der menschliche Organismus einer Vielzahl hochreaktiver Substanzen ausgesetzt. Die Konzentration und Toxizität variiert je nach induzierendem Agens und bewirkt zum Teil schwerwiegende und irreparable Schäden. Dies hat zur Folge, dass freie Radikale im Entstehungsprozess vieler Krankheiten beteiligt sind. Bisher konnte dies beispielsweise bei der Entstehung von kardiovaskulären Erkrankungen [48, 65], Morbus Alzheimer [80], sowie beim Katarakt [97] nachgewiesen werden. Betrachtet man die Vorgänge auf molekularer Ebene, so zeigt sich dies in der Modifikation von Lipiden und Proteinen, die in diesem Falle ihre ursprünglichen Aufgaben nur unzureichend erfüllen oder sogar als toxische Zwischenprodukte akkumulieren können. Im Zellkern bewirken freie Radikale eine Veränderung im genetischen Code und inhibieren oder induzieren über regulatorische Proteine bestimmte Gensequenzen [3, 10]. Ermöglicht wird dies durch eine unzureichende Gegenregulation seitens des Organismus. Dieser Vorgang wir als oxidativer Stress bezeichnet und ist definiert als ein vermehrtes Auftreten an hochreaktiven Sauerstoffspezies wie z.B. O2°, H2O2, OH, HOCl, Ferryl, Peroxyl, und Alkoxyl sowie einer gleichzeitigen Unfähigkeit des Organismus, diese entweder schnellgenug zu inaktivieren, oder die dabei entstanden Schäden adäquat zu reparieren [6]. Die Ursachen, die zur Bildung freier Radikale führen, sind vielfältig. Unter physiologischen Bedingungen stellt der Körper einige dieser Stoffe selbst her. Sie entstehen vorwiegend bei oxidativen Stoffwechselprozessen oder dienen der Signaltransduktion [83] und Infektabwehr. Während einige dieser Vorgänge einer strikten Regulation unterliegen, können äußere Umwelteinflüsse, wie beispielsweise Zigarettenrauch, ionisierende Strahlung und Nahrungsmittel nur bedingt kontrolliert werden. Um eine übermäßige Anhäufung solcher hochreaktiver Verbindungen zu verhindern, verfügt unser Körper über eine Reihe von Abwehrmechanismen, die Radikale unschädlich machen. Diese sogenannten Antioxidationen fungieren als Elektronendonatoren und 46 unterbrechen so die Kettenreaktion, anhand derer freie Radikale körpereigenen Moleküle wie DNA, Lipide und Aminosäuren schädigen [62]. Auf Zellulärer Ebene erfolgt die Abwehr durch eine Reihe von Enzymen, wie der Katalase, der Superoxid- Dismutase, nichtenzymatischen oder der Antioxidantien, Gluthationdarunter Peroxidase, insbesondere sowie Glutathion, Ascorbinsäuren, α-Tocopherol und Harnsäure [82]. Etliche dieser Stoffe unterliegen dabei Schwankungen, die im Labor gemessen werden können. 6.2 Interpretation der Studien-Ergebnisse In der vorliegenden Arbeit wurde LDL als solch ein Marker verwendet. Nach der laborchemischen Isolierung des Lipoproteins aus den Testseren der Probandinnen, die aufgrund ihres Mammakarzinoms in chemotherapeutischer Behandlung waren, konnten durch Anwendung der Esterbauer Methode photometrische Daten generiert werden. Diese ließen Rückschlüsse auf die individuellen antioxidativen Reserven der Patientinnen zu. Das zur Bestimmung der Lag- Phase verwendetet Verfahren wurde maßgeblich durch Esterbauer geprägt und fand im Verlauf in einer Vielzahl an Studien seine erfolgreiche Anwendung [1, 56, 59]. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse waren zunächst überraschend. So kam es weder innerhalb der Patientinnen die eine Polychemotherapie mit EC-P bekamen noch bei denen die nach dem CP Schema behandelt wurden, im Verlauf der Therapie zu einer signifikanten Veränderung der Lag- Phase und somit zu einer Veränderung wie oxidativem Stress. Auch im gegenseitigen Vergleich konnte kein signifikanter Unterschied in der Dauer der Lag- Phase festgestellt werden. Dies wiederspricht zunächst der Annahme, dass die tumortoxische Wirkung vieler Zytostatika auf der Induktion von Zellschäden durch freie Radikale fußt [64]. Nach Conklin et al gehören dazu insbesondere Anthrazykline (Doxorubicin, Epirubicin, und Daunorubicin), Alkylantien, Platinverbindungen (Cisplatin, Carboplatin, und Oxaliplatin), Epipodophyllotoxine (Etoposide und Camptothecinderivate (Topotecan and Irinotecan) [25]. Teniposide), und 47 Graphik 12: Zellschädigung aufgrund freier Radikal Bildung durch Zytostatika ( nach Conklin [25]) Andererseits ist die tumortoxische Wirkung der Polychemotherapie nicht pauschal auf den gesamten Körper zutreffend. Die einzelnen Organsysteme sind mit unterschiedlichen Enzym- Repertoires ausgestattet, die die lokale Entstehung von Radikalen erst ermöglichen. So zeichnen sich beispielsweise Anthrazykline durch eine besonders starke Cardiotoxizität aus. Ursächlich hierfür ist eine spezielle Isoform der NADH Dehydrogenase, die insbesondere in den Zellen des Herzens exprimiert wird und dort für die Entstehung von Radikalen verantwortlich ist [50, 75]. In diesem Falle nimmt der oxidative Stress lokal zu, wohingegen die Radikalkonzentration im restlichen Körper allenfalls leicht oder gar nicht erhöht ist. Für unser Ergebnis würde dies bedeuten, dass ohne eine systemische Auswirkung des oxidativen Stresses keine Abnahme der Lag Phase zu erwarten ist. Da die LDL Gewinnung aus dem im nahezu gesamten Körper zirkulierenden Blut stattfand würde sich dort ein örtlich begrenzter Befund nicht oder nur gering widerspiegeln. 48 6.3 Analyse der verwendeten Zytostatika bezüglich pro-oxidativer Eigenschaften Im Folgenden werden die radikalinduzierenden Eigenschaften der einzelnen Chemotherapeutika zunächst isoliert betrachtet. 6.3.1 Epirubicin Eine der schwerwiegendsten Nebenwirkungen der Anthrazykline stellt ihre Kardiotoxizität dar. Im Rahmen einer großen retrospektiven Studie konnte gezeigt werden, dass das Risiko einer Herzinsuffizienz unter kumulativer Gabe von Epirubicin über 950 mg/m2 signifikant ansteigt [87]. Vergleicht man diesen Wirkstoff mit Doxorubicin, einem verwandten Präparat aus der Gruppe der Anthrazykline, so zeigt sich bei gleicher Wirkstärke eine geringere Kardiotoxizität [51, 69]. Sowohl bei Epirubicin [74] als auch bei Doxorubicin [50] konnten jedoch erhöhte Konzentrationen an Hydroxidradikalen nachgewiesen werden. Als Ursache werden freie Radikale diskutiert, die nach ihrer Entstehung mit der Zellmembran der Myocyten interagieren und diese dadurch schädigen [39]. Von zentraler Bedeutung ist die Fähigkeit der Anthrazykline in die Mitochondrien zu gelangen und dort an Cardiolipin zu binden. Nach erfolgter Bindung überträgt NADH unter Umgehung der Atmungskette ein einzelnes Elektron auf das Chemotherapeutikum. Dies wird dadurch von seiner ursprünglichen Chinonform in seine Semichinonform reduziert und gibt das Elektron wiederum an elementaren Sauerstoff weiter. Letztendlich entsteht ein Superoxidradikal und das Semiquinon wird in seine ursprüngliche Chinonform umgewandelt [50, 75]. Im Gengensatz zum Herz, fehlt in anderen Geweben wie z.B. der Leber, eine NADH Dehydrogenase, die in der Lage ist Anthrazykline zu reduzieren, was die kardioselektive Toxizität dieser Medikamentengruppe erklärt [40, 58] und eine entsprechend niedrigere Radikalkonzentration im restlichen Körper erwarten lässt. 6.3.2 Cyclophosphamid Das Chemotherapeutikum Cyclophosphamid wirkt in seiner applizierten Form nicht zelltoxisch, es wird im Körper über das Cytochrom p450 System der Leber gegiftet [2]. Dadurch entstehen Phosphoramid-Mustard und Acrolein. Ersteres wirkt zytotoxisch, indem es zu Quervernetzungen an der DNA führt [96], 49 Acrolein hingegen führt zu einer vermehrten Bildung von Radikalen im Urogenitaltrakt. Dies geschieht folgendermaßen: Acrolein gelangt sehr leicht in Urothelzellen und führt dort entweder direkt oder über Transkriptionsfaktoren, wie NF-κB und AP-1, zu einer vermehrten Bildung von ROS und NO Radikalen. Im Zuge der steigenden Peroxinitride werden Lipide, DNA und Proteine geschädigt. Können die zelleigenen Reparaturenzyme den Schaden nicht mehr beheben, geht die Zelle unter und unterhält dadurch eine Entzündungsreaktion, durch die weitere Radikale gebildet werden [53]. Ähnlich dem Epirubicin zeigt sich bei Cyclophosphamid eine örtliche Präferenz. Die vermehrte Bildung von ROS äußert sich in diesem Falle in Form der hämorrhagischen Zystitis. Zur Vorbeugung dieser Nebenwirkung wird eine weitere Substanz in Form von MESNA (2-Mercaptoethansulfonat-Natrium) appliziert. Da MESNA ebenfalls antioxidative Eigenschaften aufweist [68], könnte dies jedoch ebenso zur beschriebenen Verlängerung der Lag- Phase im ersten und zweiten Zyklus geführt haben. 6.3.3 Pacllitaxel Zur Gruppe der Taxane zählt neben Paclitaxel auch Docetaxel. Im Gegensatz zu den ähnlich wirkenden Vinca Alkaloiden führen diese nicht zu einem Abbau der Mikrotubuli, sondern beschleunigen unkontrolliert deren Aufbau und deren Stabilität [77]. Während der Zellteilung verhindern Taxane somit das Ausbilden eines funktionierenden Spindelfaserapparates. Darüber hinaus spielen Mikrotubuli eine Rolle bei der Signalübermittlung, dem intrazellulären Transport, sowie Form und Motilität einer Zelle, die dadurch ebenfalls gestört werden [86, 104, 106]. Ihr breites Anwendungsspektrum ermöglicht es Krebserkrankungen zu therapieren, die vorher mit konventionellen Zytostatika nur unzureichend behandelbar waren [106]. Auch diese pharmakologischen Gruppe scheint die Entstehung hochreaktiver Sauerstoffspezies zu begünstigen, wenn auch in geringerem Maße als vergleichbare Zytostatika (Vgl. Graphik 12) [25]. So beschrieb Jérôme Alexandre et al [8] einen Zusammenhang zwischen der Vermehrten Bildung von ROS und einer gesteigerten Aktivität der membranständigen NADPOxidase unter Paclitaxel- haltiger Therapie. Die Umwandlung der NADPOxidase in ihre aktive Form werde dabei maßgeblich durch eine Mikrotubuli assoziierte Translokation von Rac1 an die Zellmembran veranlasst. Die Folge 50 sei eine Akkumulation von Sauerstoffradikalen im Extrazellularraum, welche spontan oder unter dem Einfluss der Superoxid- Dismutase zu H2O2 weiterreagieren. Währenddessen könnten benachbarte Zellen beschädigt und in den Zustand der Apoptose übergehen. Dieser Effekt sei nur bis zu einer bestimmten Konzentration an Paclitaxel steigerbar, darüber hinaus nähere sich die Anzahl an Zelluntergänge einem konstanten Wert an. Demgegenüber postulierten Heng-Liang Lin B.S. et al [60] die Hypothese, dass ROS keinen Einfluss auf die zytostatische Wirkung der Taxole hätten. In ihrer Studie wurde nach Zugabe des antioxidativ wirkenden Magnolols zu Hepatom Zellen zwar die Bildung von ROS unterbunden, es zeigte sich jedoch weder eine verstärkte, noch eine abgeschwächte Wirkung durch die Taxole. In Tierversuchen stieg die Konzentrationen antioxidativ wirkender Enzyme und Stoffe im Vergleich zwischen unbehandelten Ratten und derer unter Paclitaxel Therapie sogar an [76]. Anhand der Studienlage lässt sich bisher keine eindeutige Aussage über eine pro- oder anti-oxidative Aktivität von Paclitaxel treffen. Da das Zytostatikum in unseren beiden Versuchsreihen vertreten war und es darunter zu keiner signifikant schnelleren LDL Oxidation kam, muss von einer eher geringen radikalinduzierenden Wirkung ausgegangen werden. 6.3.4 Carboplatin Auch Carboplatin steht im Verdacht an der Entstehung von reaktiven Sauerstoffradikalen beteiligt zu sein. Im Vergleich zu Cisplatin scheint die Menge der Nebenwirkungen und somit die der entstehenden Radikale allerdings deutlich geringer zu sein [41]. Platin- Komplexe, wie die meisten anderen Alkylantien, entfalten ihre Wirkung durch die Bildung starker elektrophiler Zwischenprodukte, die wiederum durch nukleophile Substitution zu Querverbindungen zwischen einzelnen DNA Strängen führen. Zusätzlich bewirken diese auch die Ausbildung von Verbindungen innerhalb eines DNA Moleküls. In einigen Versuchen mit Antioxidantien konnte weder eine signifikante Reduktion der antitumorösen Eigenschaften, noch ein besonders starker Rückgang der Nebenwirkungen erzielt werden. Daraus kann man schlussfolgern, dass die Rolle freier Radikale in diesem Fall eher als gering zu werten ist [24, 26]. 51 6.4 Bezug der Studie zur aktuellen Forschung Neben den individuellen Eigenschaften der Zytostatika auf die oxidativen Vorgänge im menschlichen Körper, gilt es die Anpassungsvorgänge des Körper auf oxidativen Stress zu berücksichtigen. Aufgrund einer potentiell schädlichen Wirkung auf Zellstrukturen durch hochreaktive Stoffe wie ROS werden antioxidative Enzyme und Stoffe im Bedarfsfall hochreguliert. So konnte beispielsweise am Mausmodell gezeigt werden, dass Doxorubicin die RNA Transkription und Stabilität signifikant verlängert. Ebenso konnten erhöhte Aktivitäten der Katalase und y- Glutamyl- Cystein- Synthetase (y-GCS), einem Schlüsselenzym in der Glutathion de novo Synthese, nachgewiesen werden [107]. 6.4.1 Das Mammakarzinom als Ursache oxidativen Stresses Neben den Zytostatika stellt in unserer Studie besonders das Mammakarzinom an sich einen potentiellen Produzenten freier Radikale dar. Bei einer Reihe von Malignomen konnte bereits eine vermehrte Produktion von Wasserstoffperoxid in vitro beobachtet werden [99]. Die Mehrzahl der Brustkrebsarten zeigte hierbei eine vermehrte Expression des Enzyms Thymidin Phosphorylase. Dieses katalysiert die Umwandlung von Thymidin zu Thymin und 2-Desoxy-Dribose-1-Phosphat. Letzteres wirkt stark reduzierend und setzt im Zuge der Reaktion Sauerstoffradikale frei, sodass laborchemisch ein erhöhtes oxidatives Stressniveau detektiert werden konnte [16]. Als weitere Ursache kommen Phenoxylradikale infrage. Diese entstehen bei der Verstoffwechselung von 17β-Östradiol durch die Lactoperoxidase in der Brustdrüse [92]. Des weiteren begünstigen Hypoxie [98] und die körpereigene Tumorabwehr durch Makrophagen [38] die Entstehung von ROS. In wieweit diese Ergebnisse mit der durchgeführten Studie übereinstimmen muss in weiteren Untersuchungen geklärt werden, insbesondere da bei dem hier verwendeten Studiendesign kein Vergleich zwischen Mammakarzinom Erkrankten und somit potentiellen radikalherstellenden Tumormassen und einer gesunden weiblichen Kontrollgruppe möglich ist. Am ehesten kann vermutet werden, dass es durch den zytostatikainduzierten Rückgang der Tumormasse, zu einer gewissen Balance zwischen dem Rückgang der Radikalproduktion durch den Tumor und einer Zunahme der ROS- Bildung durch die 52 Chemotherapeutika gekommen ist. Besteht die Tumorerkrankung über einen längeren Zeitraum, so ist davon auszugehen, dass der Körper als Antwort auf den persistierenden oxidativen Stress mit einer Up-Regulation von radikalabbauenden Enzymen reagiert. ROS beeinflussen dabei direkt oder indirekt die Transkription bestimmter Gensequenzen und Signaltransduktionswege [9]. Ziel ist es wieder ein ausgeglichenes Verhältnis von pro-oxidativen und antioxidativen Stoffen zu schaffen. 6.4.2 Antioxidantien als supportiver Therapieansatz Nicht selten wird die Chemotherapie von Patienten als sehr belastend empfunden. Die additive Gabe von Antioxidantien zur Verbesserung der Verträglichkeit von Zytostatika, wurde bereits mehrfach untersucht. In den aktuellen S3 Leitlinien zur Behandlung des Mamma Karzinoms wird jedoch keine Empfehlung diesbezüglich gegeben [4], insbesondere aufgrund einer geringen Studiendichte und der daraus resultierenden kaum einschätzbaren Auswirkung auf die eigentliche antitumoröse Therapie. Anhand der hier vorliegenden Daten scheint eine additive Gabe von Antioxidantien wenig sinnvoll, da die beiden im Rahmen der Studie untersuchten Polychemotherapie- Schemata die Lag- Phasen und somit das Niveau des oxidativen Stresses nicht signifikant veränderten. Bezüglich konkreter Aussagen bedarf es jedoch weiterer Studien mit ausgewählten Antioxidantien, wie beispielsweise Vitamin C, Vitamin E, Betacarotin oder Folsäure. Camphauen et al sowie Bairati et al beschrieben bereits die negative Auswirkung supportiver Antioxidantien auf den Therapieerfolg der Strahlentherapie. Die Anwendung antioxidativ wirkender Substanzen hätte zwar zum Rückgang therapiebedingter Nebenwirkungen wie beispielsweise der Mukositis geführt, wurde aber mit einer geringeren Effektivität der Strahlentherapie erkauft [11, 19]. Zudem kann nicht davon ausgegangen werden, dass Antioxidantien das Radikalniveau zwangsläufig senken. Hochdosiertes Vitamin C ab Konzentrationen von 100 µg/ml wirkte in Mammakarzinomzellen antiproliferativ, indem es zu einem Anstieg an Sauerstoffradikalen führte [103]. Unter diesen Gesichtspunkten ist davon auszugehen, dass eine zusätzliche Applikation von Antioxidantien nicht mit einem Vorteil in der zytostatischen 53 Behandlung einhergeht und in bestimmten Fällen sogar kontraproduktiv wirkt. Von einer additiven Gabe an Antioxidantien ist daher abzusehen, auf eine ausgewogene Zufuhr durch die Nahrung sollte allerding keinesfalls verzichtet werden. Die Ergebnisse der hier vorgestellten Studie ergaben, dass es während der angewendeten Polychemotherapie- Schemata zu keiner signifikanten Veränderung in der Oxidierbarkeit der LDL Moleküle kommt. Weder unter der Gabe der Kombination aus Epirubicin, Cyclophosphamid und Paclitaxel, noch unter der Therapie mit Carboplatin und Paclitaxel konnte eine Verlängerung der Lag-Phase zu den verschiedenen Blutentnahme Zeitpunkten registriert werden. Dies ist umso bemerkenswerter, da viele Studien die Wirkungsweise von Zytostatika und deren Nebenwirkungsspektrum, einer Bildung freier Radikale zuschreiben. Der genaue Mechanismus, der zu diesem aktuellen Ergebnis führt ist bisher ungeklärt. Am ehesten wäre die Ursache in der Kombination der einzelnen Substanzen zu suchen. Komplexe regulatorische Vorgänge könne aber auch nicht ausgeschlossen werden. 54 7. Literaturverzeichnis [1] (1989) Continuous Monitoring of in Vztro Oxidation of Human Low Density Lipoprotein. Free Radic Res. 6(1):67-­‐75. [2] Cyclophosphamid. Wikipedia 2013. [3] Free radicals induce gene expression of NGF and bFGF in rat... : NeuroReport. 2013/06/22/10:06:25 [cited; Available from: http://journals.lww.com/neuroreport/Fulltext/1992/06000/Free_radicals _induce_gene_expression_of_NGF_and.3.aspx files/303/Free_radicals_induce_gene_expression_of_NGF_and.3.html [4] Interdisziplinäre S3-­‐Leitlinie für die Diagnostik, Therapie und Nachsorge des Mammakarzinoms 07/2012 [cited; Available from: http://www.awmf.org/uploads/tx_szleitlinien/032-­‐ 045OL_l_S3__Brustkrebs_Mammakarzinom_Diagnostik_Therapie_Nachsorge _2012-­‐07.pdf [5] Low-­‐density lipoprotein. Wikipedia, the free encyclopedia 2013. [6] Oxidative stress. Wikipedia, the free encyclopedia 2013. [7] Abbey M, Belling GB, Noakes M, Hirata F, Nestel PJ. (1993) Oxidation of low-­‐ density lipoproteins: intraindividual variability and the effect of dietary linoleate supplementation. Am J Clin Nutr. 57(3):391-­‐398. [8] Alexandre J, Hu Y, Lu W, Pelicano H, Huang P. (2007) Novel Action of Paclitaxel against Cancer Cells: Bystander Effect Mediated by Reactive Oxygen Species. Cancer Res. 67(8):3512-­‐3517. [9] Allen RG, Tresini M. (2000) Oxidative stress and gene regulation. Free Radical Biology and Medicine. 28(3):463-­‐499. [10] Arrigo A-­‐P. (1999) Gene expression and the thiol redox state. Free Radical Biology and Medicine. 27(9–10):936-­‐944. [11] Bairati I, Meyer F, Gélinas M, Fortin A, Nabid A, Brochet F, Mercier J-­‐P, Têtu B, Harel F, Abdous B, Vigneault E, Vass S, Del Vecchio P, Roy J. (2005) Randomized trial of antioxidant vitamins to prevent acute adverse effects of radiation therapy in head and neck cancer patients. J Clin Oncol. 23(24):5805-­‐5813. [12] Beckman Coulter ITPPMRPACAUSA. How to Use Quick Seal® Tubes with the Beckman Coulter Cordless Tube TopperTM. [13] Bentinger M, Brismar K, Dallner G. (2007) The antioxidant role of coenzyme Q. Mitochondrion. 7, Supplement:S41-­‐S50. [14] Blum JL, Dieras V, Lo Russo PM, Horton J, Rutman O, Buzdar A, Osterwalder B. (2001) Multicenter, Phase II study of capecitabine in taxane-­‐pretreated metastatic breast carcinoma patients. Cancer. 92(7):1759-­‐1768. [15] Brown MS, Goldstein JL. (1986) A receptor-­‐mediated pathway for cholesterol homeostasis. Science. 232(4746):34-­‐47. [16] Brown NS, Jones A, Fujiyama C, Harris AL, Bicknell R. (2000) Thymidine Phosphorylase Induces Carcinoma Cell Oxidative Stress and Promotes Secretion of Angiogenic Factors. Cancer Res. 60(22):6298-­‐6302. [17] Bruhn HD. Onkologische Therapie. Schattauer Verlag. 2004. [18] Bundesministerium für Gesunheit GB. (2010) Die wichtigsten Krebsfrüherkennungsuntersuchungen im Überblick. 55 [19] Camphausen K, Citrin D, Krishna MC, Mitchell JB. (2005) Implications for Tumor Control During Protection of Normal Tissues With Antioxidants. JCO. 23(24):5455-­‐5457. [20] Cancer IAfRo. (2008) GLOBOCAN 2008 FAST STATS. [21] Cathcart MK, Morel DW, Chisolm GM, 3rd. (1985) Monocytes and neutrophils oxidize low density lipoprotein making it cytotoxic. J Leukoc Biol. 38(2):341-­‐350. [22] Chung BH, Wilkinson T, Geer JC, Segrest JP. (1980) Preparative and quantitative isolation of plasma lipoproteins: rapid, single discontinuous density gradient ultracentrifugation in a vertical rotor. J Lipid Res. 21(3):284-­‐291. [23] Cominacini L, Garbin U, Davoli A, Micciolo R, Bosello O, Gaviraghi G, Scuro LA, Pastorino AM. (1991) A simple test for predisposition to LDL oxidation based on the fluorescence development during copper-­‐catalyzed oxidative modification. J Lipid Res. 32(2):349-­‐358. [24] Conklin KA. (2004) Cancer Chemotherapy and Antioxidants. J Nutr. 134(11):3201S-­‐3204S. [25] Conklin KA. (2004) Chemotherapy-­‐Associated Oxidative Stress: Impact on Chemotherapeutic Effectiveness. Integr Cancer Ther. 3(4):294-­‐300. [26] Conklin KA. (2000) Dietary Antioxidants During Cancer Chemotherapy: Impact on Chemotherapeutic Effectiveness and Development of Side Effects. Nutrition and Cancer. 37(1):1-­‐18. [27] Crouse JR, Parks JS, Schey HM, Kahl FR. (1985) Studies of low density lipoprotein molecular weight in human beings with coronary artery disease. J Lipid Res. 26(5):566-­‐574. [28] Dalferth P. (2000) Oxidativ modifiziertes LDL: Untersuchungen zu seiner Bildung und seinen zellulären Effekten. [29] Diedrich K. Gynäkologie und Geburtshilfe. Springer DE. 2007. [30] Dittrich R, Müller A, Hensen J, Wildt L. (2009) The inhibition of low density lipoprotein oxidation by 17-­‐alpha estradiol. Experimental and Clinical Endocrinology &amp; Diabetes. 107(01):53-­‐57. [31] Dittrich R, Schibel A, Hoffmann I, Mueller A, Beckmann MW, Cupisti S. (2012) Influence of maternal smoking during pregnancy on oxidant status in amniotic fluid. In Vivo. 26(5):813-­‐818. [32] Dörner K. Klinische Chemie und Hämatologie. Georg Thieme Verlag. 2006. [33] Duffy SW, Tabár L, Chen H-­‐H, Holmqvist M, Yen M-­‐F, Abdsalah S, Epstein B, Frodis E, Ljungberg E, Hedborg-­‐Melander C, Sundbom A, Tholin M, Wiege M, Akerlund A, Wu H-­‐M, Tung T-­‐S, Chiu Y-­‐H, Chiu C-­‐P, Huang C-­‐C, Smith RA, Rosén M, Stenbeck M, Holmberg L. (2002) The impact of organized mammography service screening on breast carcinoma mortality in seven Swedish counties. Cancer. 95(3):458-­‐469. [34] Efferth T. Molekulare Pharmakologie Und Toxikologie: Biologische Grundlagen Von Arzneimitteln Und Giften. Springer DE. 2006. [35] Esterbauer H, Striegl G, Puhl H, Rotheneder M. (1989) Continuous monitoring of in vitro oxidation of human low density lipoprotein. Free Radic Res Commun. 6(1):67-­‐75. [36] Ezaki M, Witztum JL, Steinberg D. (1995) Lipoperoxides in LDL incubated with fibroblasts that overexpress 15-­‐lipoxygenase. J Lipid Res. 36(9):1996-­‐ 2004. [37] Fritsch H, Kühnel W. Taschenatlas der Anatomie, Band 2: Innere Organe. Georg Thieme Verlag. 2009. 56 [38] Fulton AM, Chong YC. (1992) The role of macrophage-­‐derived TNFa in the induction of sublethal tumor cell DNA damage. Carcinogenesis. 13(1):77-­‐81. [39] Gewirtz D. (1999) A critical evaluation of the mechanisms of action proposed for the antitumor effects of the anthracycline antibiotics adriamycin and daunorubicin. Biochemical Pharmacology. 57(7):727-­‐741. [40] Gille L, Nohl H. (1997) Analyses of the Molecular Mechanism of Adriamycin-­‐ Induced Cardiotoxicity. Free Radical Biology and Medicine. 23(5):775-­‐782. [41] Giustarini D, Dalle-­‐Donne I, Paccagnini E, Milzani A, Rossi R. (2009) Carboplatin-­‐induced alteration of the thiol homeostasis in the isolated perfused rat kidney. Archives of Biochemistry and Biophysics. 488(1):83-­‐ 89. [42] González-­‐Perilli L, Noel Álvarez M, Prolo C, Radi R, Rubbo H, Trostchansky A. (2013) Nitroarachidonic acid prevents NADPH oxidase assembly and superoxide radical production in activated macrophages. Free Radic Biol Med. [43] Grosch S. Basics Gynäkologie und Geburtshilfe. Elsevier, Urban & Fischer. 2006. [44] Gupta M, Kale RK. (1996) Paradoxical influence of Ca(2+) on lipid peroxidation. Indian J Exp Biol. 34(11):1071-­‐1076. [45] Hanna AN, Titterington LC, Lantry LE, Stephens RE, Newman HAI. (1995) Thyronines and probucol inhibition of human capillary endothelial cell-­‐ induced low density lipoprotein oxidation. Biochemical Pharmacology. 50(10):1627-­‐1633. [46] Hannemann J, Baumann K. (1990) Nephrotoxicity of cisplatin, carboplatin and transplatin. Arch Toxicol. 64(5):393-­‐400. [47] Hauschild A, Garbe C, Landtaler M. Szeimies,Tumoren d.Haut. Georg Thieme Verlag. 2007. [48] Heitzer T, Schlinzig T, Krohn K, Meinertz T, Münzel T. (2001) Endothelial Dysfunction, Oxidative Stress, and Risk of Cardiovascular Events in Patients With Coronary Artery Disease. Circulation. 104(22):2673-­‐2678. [49] Hiramatsu K, Rosen H, Heinecke JW, Wolfbauer G, Chait A. (1987) Superoxide initiates oxidation of low density lipoprotein by human monocytes. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 7(1):55-­‐60. [50] Horenstein MS, Vander Heide RS, L'Ecuyer TJ. (2000) Molecular Basis of Anthracycline-­‐Induced Cardiotoxicity and Its Prevention. Molecular Genetics and Metabolism. 71(1–2):436-­‐444. [51] Jain KK, Casper ES, Geller NL, Hakes TB, Kaufman RJ, Currie V, Schwartz W, Cassidy C, Petroni GR, Young CW. (1985) A prospective randomized comparison of epirubicin and doxorubicin in patients with advanced breast cancer. JCO. 3(6):818-­‐826. [52] Jessup W, Simpson JA, Dean RT. (1993) Does superoxide radical have a role in macrophage-­‐mediated oxidative modification of LDL? Atherosclerosis. 99(1):107-­‐120. [53] Korkmaz A, Topal T, Oter S. (2007) Pathophysiological aspects of cyclophosphamide and ifosfamide induced hemorrhagic cystitis; implication of reactive oxygen and nitrogen species as well as PARP activation. Cell Biol Toxicol. 23(5):303-­‐312. [54] Krebsgesellschaft D. (Deutsche Krebsgesellschaft: Patientinneninformation, 5. Juni 2007, „Familiäre Vorbelastung) Familiäre Vorbelastung. [55] Krischer JP, Epstein S, Cuthbertson DD, Goorin AM, Epstein ML, Lipshultz SE. (1997) Clinical cardiotoxicity following anthracycline treatment for 57 [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] childhood cancer: the Pediatric Oncology Group experience. JCO. 15(4):1544-­‐1552. Kuzuya M, Yamada K, Hayashi T, Funaki C, Naito M, Asai K, Kuzuya F. (1992) Role of lipoprotein-­‐copper complex in copper catalyzed-­‐peroxidation of low-­‐density lipoprotein. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) -­‐ Lipids and Lipid Metabolism. 1123(3):334-­‐341. Largiadèr F, Saeger H-­‐D, Keel MJB. Checkliste Chirurgie. Georg Thieme Verlag. 2012. Lebrecht D, Walker UA. (2007) Role of mtDNA lesions in anthracycline cardiotoxicity. Cardiovasc Toxicol. 7(2):108-­‐113. Lenz ML, Hughes H, Mitchell JR, Via DP, Guyton JR, Taylor AA, Gotto AM, Smith CV. (1990) Lipid hydroperoxy and hydroxy derivatives in copper-­‐ catalyzed oxidation of low density lipoprotein. J Lipid Res. 31(6):1043-­‐ 1050. Lin H-­‐L, Liu T-­‐Y, Chau G-­‐Y, Lui W-­‐Y, Chi C-­‐W. (2000) Comparison of 2-­‐ methoxyestradiol-­‐induced, docetaxel-­‐induced, and paclitaxel-­‐induced apoptosis in hepatoma cells and its correlation with reactive oxygen species. Cancer. 89(5):983-­‐994. Link H, Bokemeyer C, Feyer P. Supportivtherapie bei malignen Erkrankungen: Prävention und Behandlung von Erkrankungssymptomen und therapiebedingten Nebenwirkungen. Deutscher Ärzteverlag. 2005. Lobo V, Patil A, Phatak A, Chandra N. (2010) Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health. Pharmacogn Rev. 4(8):118-­‐126. Löffler G. Basiswissen Biochemie: Mit Pathobiochemie. Springer DE. 2008. Look MP, Musch E. (1994) Lipid Peroxides in the Polychemotherapy of Cancer Patients. Chemotherapy. 40(1):8-­‐15. Madamanchi NR, Vendrov A, Runge MS. (2005) Oxidative Stress and Vascular Disease. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 25(1):29-­‐38. Mahley RW. (1988) Apolipoprotein E: cholesterol transport protein with expanding role in cell biology. Science (New York, NY). 240(4852):622-­‐630. Malvezzi M, Bertuccio, P., Levi, F., La Vecchia, C.,Negri, E. (2013) European cancer mortality predictions for the year 2013. Ann Oncol. 24(3):792-­‐800. Mashiach E, Sela S, Weinstein T, Cohen HI, Shasha SM, Kristal B. (2001) Mesna: a novel renoprotective antioxidant in ischaemic acute renal failure. Nephrol Dial Transplant. 16(3):542-­‐551. Minotti G, Licata S, Saponiero A, Menna P, Calafiore AM, Di Giammarco G, Liberi G, Animati F, Cipollone A, Manzini S, Maggi CA. (2000) Anthracycline Metabolism and Toxicity in Human Myocardium: Comparisons between Doxorubicin, Epirubicin, and a Novel Disaccharide Analogue with a Reduced Level of Formation and [4Fe-­‐4S] Reactivity of Its Secondary Alcohol Metabolite. Chem Res Toxicol. 13(12):1336-­‐1341. Morel DW, DiCorleto PE, Chisolm GM. (1984) Endothelial and smooth muscle cells alter low density lipoprotein in vitro by free radical oxidation. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 4(4):357-­‐364. Morgan J, Leake DS. (1995) Oxidation of low density lipoprotein by iron or copper at acidic pH. J Lipid Res. 36(12):2504-­‐2512. Myant NB. Cholesterol metabolism, LDL, and the LDL receptor. Academic Press. 1990. Nielsen D, Jensen JB, Dombernowsky P, Munck O, Fogh J, Brynjolf I, Havsteen H, Hansen M. (1990) Epirubicin cardiotoxicity: a study of 135 patients with advanced breast cancer. JCO. 8(11):1806-­‐1810. 58 [74] Olinski R, Jaruga P, Foksinski M, Bialkowski K, Tujakowski J. (1997) Epirubicin-­‐Induced Oxidative DNA Damage and Evidence for Its Repair in Lymphocytes of Cancer Patients Who Are Undergoing Chemotherapy. Mol Pharmacol. 52(5):882-­‐885. [75] Olson RD, Mushlin PS. (1990) Doxorubicin cardiotoxicity: analysis of prevailing hypotheses. FASEB J. 4(13):3076-­‐3086. [76] Padmavathi R, Senthilnathan P, Chodon D, Sakthisekaran D. (2006) Therapeutic effect of paclitaxel and propolis on lipid peroxidation and antioxidant system in 7,12 dimethyl benz(a)anthracene-­‐induced breast cancer in female Sprague Dawley rats. Life Sci. 78(24):2820-­‐2825. [77] Parness J, Horwitz SB. (1981) Taxol binds to polymerized tubulin in vitro. J Cell Biol. 91(2):479-­‐487. [78] Parthasarathy S, Steinberg D, Witztum JL. (1992) The role of oxidized low-­‐ density lipoproteins in the pathogenesis of atherosclerosis. Annu Rev Med. 43:219-­‐225. [79] Patel RP, Darley-­‐Usmar VM. (1999) Molecular mechanisms of the copper dependent oxidation of low-­‐density lipoprotein. Free Radic Res. 30(1):1-­‐9. [80] Perry G, Cash AD, Smith MA. (2002) Alzheimer Disease and Oxidative Stress. J Biomed Biotechnol. 2(3):120-­‐123. [81] Pirker R, Fiegl M, Huber H. Klinische Onkologie. facultas.wuv / maudrich. 1996. [82] Pryor WA. (2000) Vitamin E and heart disease: basic science to clinical intervention trials. Free Radic Biol Med. 28(1):141-­‐164. [83] Radomski MW, Palmer RM, Moncada S. (1990) An L-­‐arginine/nitric oxide pathway present in human platelets regulates aggregation. PNAS. 87(13):5193-­‐5197. [84] Regierer AC, Possinger K. Mammakarzinom: Manual Diagnostik und Therapie ; mit 69 Tabellen. Deutscher Ärzteverlag. 2005. [85] Riede U-­‐N, Freudenberg N. Basiswissen Allgemeine Und Spezielle Pathologie. Springer DE. 2009. [86] Rowinsky EK, Cazenave LA, Donehower RC. (1990) Taxol: A Novel Investigational Antimicrotubule Agent. JNCI J Natl Cancer Inst. 82(15):1247-­‐1259. [87] Ryberg M, Nielsen D, Skovsgaard T, Hansen J, Jensen BV, Dombernowsky P. (1998) Epirubicin cardiotoxicity: an analysis of 469 patients with metastatic breast cancer. JCO. 16(11):3502-­‐3508. [88] Schiebler TH, Korf H-­‐W. Anatomie. Springer DE. 2007. [89] Schmidt-­‐Matthiesen H, Wallwiener D. Gynäkologie und Geburtshilfe. Schattauer Verlag. 2007. [90] Schön D BJ, Görsch B et al. (2004) Die Dachdokumentation Krebs 429–436. [91] Sinclair AJ, Barnett AH, Lunec J. (1990) Free radicals and antioxidant systems in health and disease. Br J Hosp Med. 43(5):334-­‐344. [92] Sipe HJ, Jordan SJ, Hanna PM, Mason RP. (1994) The metabolism of 17β-­‐ estradiol by lactoperoxidase: a possible source of oxidative stress in breast cancer. Carcinogenesis. 15(11):2637-­‐2643. [93] Sitzia J, Huggins L. (1998) Side effects of cyclophosphamide, methotrexate, and 5-­‐fluorouracil (CMF) chemotherapy for breast cancer. Cancer Practice. 6(1):13-­‐21. [94] Smollich M. Das Mammakarzinom: Diagnostik und Therapie. GRIN Verlag. 2007. 59 [95] Smollich M, Götte M, Yip GW, Yong E-­‐S, Kersting C, Fischgräbe J, Radke I, Kiesel L, Wülfing P. (2007) On the role of endothelin-­‐converting enzyme-­‐1 (ECE-­‐1) and neprilysin in human breast cancer. Breast Cancer Res Treat. 106(3):361-­‐369. [96] Sommerkamp H, Finke J. (1998) Cyclophosphamide-­‐induced hemorrhagic cystitis. An interdisciplinary problem. Urologe [A]. 37(5):516-­‐521. [97] Spector A. (1995) Oxidative stress-­‐induced cataract: mechanism of action. FASEB J. 9(12):1173-­‐1182. [98] Spitz DR, Sim JE, Ridnour LA, Galoforo SS, Lee YJ. (2000) Glucose Deprivation-­‐Induced Oxidative Stress in Human Tumor Cells: A Fundamental Defect in Metabolism? Annals of the New York Academy of Sciences. 899(1):349-­‐362. [99] Szatrowski TP, Nathan CF. (1991) Production of Large Amounts of Hydrogen Peroxide by Human Tumor Cells. Cancer Res. 51(3):794-­‐798. [100] Vogt PM. Praxis der Plastischen Chirurgie: Plastisch-­‐rekonstruktive Operationen -­‐ Plastisch-­‐ästhetische Operationen -­‐ Handchirurgie -­‐ Verbrennungschirurgie. Springer DE. 2011. [101] Weiss HA, Devesa SS, Brinton LA. (1996) Laterality of breast cancer in the United States. Cancer Causes Control. 7(5):539-­‐543. [102] Weiss JR, Moysich KB, Swede H. (2005) Epidemiology of Male Breast Cancer. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 14(1):20-­‐26. [103] Wiese L. Interaktion von Doxorubicin und antioxidativen Vitaminen bei den Mammakarzinom-­‐Zellinien MCF-­‐7 und MDA-­‐MB468: Universität Freiburg; 2002. [104] Wilson L. (1975) Microtubules as Drug Receptors: Pharmacological Properties of Microtubule Protein*. Annals of the New York Academy of Sciences. 253(1):213-­‐231. [105] Wolff J, Altwein JE. Prostatakarzinom. Springer DE. 2004. [106] Wood AJJ, Rowinsky EK, Donehower RC. (1995) Paclitaxel (Taxol). New England Journal of Medicine. 332(15):1004-­‐1014. [107] Yin X, Wu H, Chen Y, Kang YJ. (1998) Induction of Antioxidants by Adriamycin in Mouse Heart. Biochemical Pharmacology. 56(1):87-­‐93. [108] Ziouzenkova O, Sevanian A, Abuja PM, Ramos P, Esterbauer H. (1998) Copper can promote oxidation of LDL by markedly different mechanisms. Free Radic Biol Med. 24(4):607-­‐623. 60 8. Abkürzungsverzeichnis AP-1 BET BMI BRCA 1/2 °C c ca. cm CP Schema Cu2+ CuSO4 DCIS dest. d.h. dl DNA E EC-P Schema EDTA Erl. Fa. g H2 O H2O2 HDL hptsl. HOCl H0 H1 IDL KBr LCIS LDL mg min ml mm µl nm n NaCl NADH Oxidase NADPH Oxidase Nbg. NF-κB NO Transkriptionsfaktor Brust erhaltende Therapie Body Mass Index Breast Cancer Tumorsupressorgen 1/2 Grad Celsius Konzentration circa Zentimeter Carboplatin, Paclitaxel Schema Kupfer Ion Kupfersulfat duktales Carcinoma in situ destilliert das heißt Deziliter Desoxyribonukleinacid Extinktion Epirubicin, Cyclophosphamid, Paclitaxel Schema Ethylendiamintetraacetat Erlangen Firma Gramm Wasser Wasserstoffperoxid High density Lipoprotein hauptsächlich Hypochlorige Säure Nullhypothese Alternativhypothese Intermediate density Lipoprotein Kalium Bromid lobuläres Carcinoma in situ Low-density Lipoprotein Milligramm Minuten Milliliter Millimeter Mikroliter Nanometer Anzahl Natriumchlorid Nikotinamidadenindinukleotid Oxidase Nikotinamidadenindinukleotidphosphat Nürnberg Transkriptionsfaktor Stickstoffmonooxid 61 O2 O2° o.ä. OH oxLDL p PBS-Puffer RNA ROS Std. Abw. t TNM u.a. U/min uvm. VLDL Vv. z.B. Z.n. Z.v. 4-HNE Sauerstoff Sauerstoff Radikal oder ähnliches Hydroxid Ion Oxidiertes LDL Wahrscheinlichkeit Phosphate buffered saline Ribonukleinacid Reactive Oxygen Species Standardabweichung Zeit Tumor-nodes-metastasen Klassifikation unter anderem Umdrehungen pro Minute und vieles mehr Very low density Lipoprotein Venae zum Beispiel Zustand nach Zustand vor 4-Hydroxynonenal 62 9. Danksagung Ich möchte mich hiermit beim Direktor der Frauenklinik, Herrn Prof. Dr. M. W. Beckmann für die Möglichkeit bedanken, dass ich die Dissertation an seinem Haus anfertigen durfte. Bedanken möchte ich mich auch bei meinem Doktorvater Prof. Dr. R. Dittrich, der mich während der Zeit begleitet hat und stets ein offenes Ohr für schwierige Fragen hatte. Ich danke den Kollegen der Frauenklinik, für die vielen Blutabnahmen zur Materialgewinnung die sie geleistet haben. Insbesondere meiner Betreuerin Dr. med. Olga Strahl, die mich immer ermuntert hat, auf dem steinigen Weg bis zur Vollendung der Doktorarbeit weiter zu gehen. Eine besondere Danksagung geht an Frau I. Hoffmann, die während des experimentellen Teils der Dissertation, stets ein offenes Ohr für mich hatte und mir bei Problemen in Rat und Tat zur Seite stand. Der größte Dank gilt meinen Eltern und meiner Freundin für die Kraft, Motivation und Unterstützung, ohne die ich das Medizinstudium und die Fertigstellung meiner Dissertation niemals geschafft hätte. 63 10.Lebenslauf Markus Habermeyer Angerweidestr. 6a 82319 Starnberg Tel.: 08151 / 9973349 E-mail: [email protected] geb.: 25.03.1986 in Gunzenhausen Familienstand: ledig Ausbildung 09/1992 – 07/1996 06/2003 – 06/2005 04/2006 – 11/2012 Zivildienst 09/2005 – 05/2006 Famulaturen 02/2009 – 03/2009 02/2010 – 03/2010 09/2010 – 10/2010 03/2011 – 04/2011 Praktisches Jahr 08/2011 – 12/2011 12/2011 – 03/2012 03/2012 – 07/2012 Berufserfahrung 07/2008 – 09/2008 10/2008 – 07/2009 02/2011 – 12/2012 Seit 05/2013 Grundschule, Frickenfelden Simon - Marius - Gymnasium, Gunzenhausen Studium der Humanmedizin, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 09/2008 Erfolgreiches Bestehen des ersten Abschnittes der ärztlichen Prüfung 11/2012 Erfolgreiches Bestehen des zweiten Abschnittes der ärztlichen Prüfung Klinikum Hallerwiese, Nürnberg Allgemeinmedizinische Arztpraxis Dr. med. U. Schaaf Innere Medizin am Kreiskrankenhaus Gunzenhausen Kinder und Jungenabteilung für Psychische Gesundheit des Universitätsklinikums Erlangen Urologische Arztpraxis Dr. med. A. Ostertag Chirurgie; Kantonspital Winterthur, Lehrkrankenhaus der Universität Zürich, Schweiz Innere; Klinikum Ansbach Allgemeinmedizin; Allgemeinarztpraxis Dr. med. H. Reinfelder – Weninger Studentische Hilfskraft in der Hämatologie und internistischen Onkologie – Medizinische Klinik 5 des Universitätsklinikums Erlangen Tutor am Lehrstuhl für Anatomie I in Erlangen Mitarbeiter bei Siemens Healthcare Erlangen im Bereich Magnetresonanztomographie Assistenzarzt für Innere Medizin im Benedictus Krankenhaus Tutzing