Therapeutic In Vivo and In Vitro Effects of Argon Dye Laser and Hematoporphyrin Derivative in Lung Cancer

Summary

In clinical and experimental study the therapeutic efficacy of argon dye laser irradiation with hematoporphyrin derivative (HpD) was evaluated in lung cancer.

A total of 14 lung cancer cases including 12 squamous cell, 1 adeno- and 1 small cell carcinomas were irradiated superficially 48 hours or more after i.v. injection of 3mg/kg of HpD (100-300mW, 20-30min.). Human adenocarcinoma cells implanted subcutaneously into nude mice were photoirradiated (200mW, 20min.) 48h after i.p. injection of 1 IpD. The in vitro effect of phototherapy was studied in the same cell line after incubation in medium containing HpD compared to untreated, only irradiated or only in HpD incubated cells.

Among 3 early stage squamous cell carcinoma cases 2 complete and 1 partial remissions were obtained. Among 11 cases including 10 with advanced and 1 with recurrent disease 7 demonstrated partial remission. In vivo, two of 9 mice had a complete tumor remission. In the in vitro study, tumor cells incubated in 30 ng HpD/ml showed severe cytotoxic effects resulting in cell death 12 hours after photo irradiation, whereas cells incubated in 30 ng HpD/ml only regenerated after initial cytotoxic reaction. Laser irradiation only had no effects.

HpD phototherapy demonstrated a considerable antitumor efficacy and must be considered as one of the promising endoscopic treatments in cases with early stage primary lung cancer.

Zusammenfassung

In einer experimentellen und klinischen Studie wurde der zytotoxische Effekt einer Argon-Dye-Laser-Licht-Bestrahlung in Kombination mit Hämatoporphyrin-Derivat (HpD) auf Bronchialkarzinomzellen untersucht. Von Patienten gewonnene Adenokarzinomzellen (PC-3) wurden in der Zellkultur 48Std. nach Inkubation in HpD mit dem Laser bestrahlt, wobei der Einfluß dieser Therapie auf das Zellwachstum mit unbehandelten Zellen, mit alleiniger Laserbestrahlung und mit ausschließlicher Inkubation in HpD verglichen wurde.

Die in 30μg HpD inkubierten und anschließend bestrahlten Zellen zeigten bereits eine Stunde später schwere degenerative Veränderungen, so daß nach 12 Stunden fast alle Zellen abgestorben waren. Die Zellen, die nur in HpD inkubiert worden waren, regenerierten sich nach anfänglicher zytotoxischer Reaktion wieder. Alleinige Laserbestrahlung blieb ohne Effekt.

Im Tierversuch wurden Adenokarzinomzellen vom gleichen Zelltyp (PC-3) subkutan in den Rücken von Nacktmäuse implantiert und 48Std. nach intraperitonealer Injektion von 15 bzw. 30 mg HpD mit dem Argon-DyeLaser bei einer Wellenlänge von 630 nm mit 200 mW über 20 Minulen bestrahlt. Zwei komplette und 3 Teilremissionen wurden beobachtet, wobei die Tumorreduktion in der 30mg-Gruppe besonders signifikant war, während die Tumoren der Kontrollgruppe stetig an Größe zunahmen.

In die klinische Studie wurden 14 Patienten mit Bronchialkarzinomen (12 Plattenepithel-, 1 Adeno- und 1 kleinzelliges Bronchialkarzinom) mit einem Durchschnittsalter von 61 Jahren eingeschlossen. In der Gruppe der Plattenepithelkarzinome beobachteten wir bei den Frühkarzinomen (n=3) 2 komplette und eine Teilremission. Unter den 11 fortgeschrittenen Stadien zeigten 7 Patienten eine Teilremission.

Zusammenfassend zeigte die kombinierte Anwendung von HpD und Licht mit Hilfe eines Argon-Dye-Lasers einen eindeutigen Antitumoreffekt auf Bronchialkarzinomzellen im Zellkultur- und Tierversuch wie auch in der Klinik. Sie muß daher als vielversprechende endoskopische Behandlung von Frühkarzinomen angesehen werden und zeigte in unseren Untersuchungen auch positive Effekte bei fortgeschrittenen Stadien von Lungentumoren.

Key words

Lung cancer - Hematoporphyrin Derivative - Argon dye laser - Phototherapy