Cytoreductive therapy and hyperthermic intraperitoneal chemotherapy with mitomycin c or gemcitabine as a therapeutic approach of peritoneal carcinomatosis by colonic cancer in a rat model

In westlichen Ländern zählen kolorektale Adenokarzinome zu immer häufiger werdenden malignen Tumorerkrankungen. Die Peritonealkarzinose nimmt in einem großen Anteil der Fälle ihren Ausgang von einem gastrointestinalen Karzinom, und wird aufgrund ihrer infausten Prognose als Terminalstadium mit einer kurzen mittleren Überlebenszeit angesehen. Ohne Therapie liegt das mediane Überleben bei nur sechs Monaten. Durch palliative systemische Chemotherapien konnten gute Ansprechraten des Tumors erzielt werden. Jedoch wurde insgesamt die mittlere Überlebenszeit dadurch nicht verlängert. Innerhalb der vergangenen 20 Jahre rückten neue Therapieansätze in das Zentrum der Forschung der Peritonealkarzinose. Es wurden multimodale Therapien vorgestellt und optimiert. Eine zytoreduktive Therapie, die so genannte „Peritonektomie Prozeduren“ nach Sugarbaker beinhaltet, bildet die Voraussetzung für die anschließende intraperitoneale hypertherme Chemotherapie. Dabei sollte die maximal mögliche makroskopische Tumorreduktion realisiert werden, um den Erfolg der lokal mit limitierter Eindringtiefe wirkenden Chemotherapeutika sicher zu stellen. Aufgrund der noch immer schlechten Prognose und der engen Assoziation der Peritonealkarzinose mit dem häufigen Kolonkarzinom ist die experimentelle Grundlagenforschung von besonders großer Bedeutung. Auf diesem Gebiet existiert bis zum aktuellen Zeitpunkt nur eine limitierte Anzahl von Studien. Daher hat sich dieser Versuch zum Ziel gemacht, verschiedene multimodale Therapiekonzepte der Peritonealkarzinose durch ein Kolonkarzinom in einem Rattenmodell durchzuführen, und in Bezug auf Effektivität und Nebenwirkungen zu vergleichen. Die Einteilung in die Versuchsgruppen erfolgte durch Randomisierung. In jeder Gruppe befanden sich 15 männliche BD IX/HansHsd Ratten. Bei allen Tieren wurden zu Beginn des Versuches syngenetische DHD/K12/TRb Kolonkarzinomzellen subperitoneal injiziert, um eine Peritonealkarzinose zu induzieren. Die Tiere der Versuchsgruppe eins erhielten keine weitere Therapie (Kontrollgruppe). Die Tiere der Gruppe zwei erhielten 21 Tage nach der Zellinjektion eine zytoreduktive Therapie. In der Gruppe drei wurde im Anschluss an das operative Tumordebulking eine intraperitoneale hypertherme Chemotherapie mit Mitomycin C durchgeführt. Die Versuchsgruppe vier wurde nach der Zytoreduktion mit einer intraperitonealen hyperthermen Chemotherapie mit Gemcitabin therapiert. Zweiundvierzig Tage nach der Zellinjektion wurden die Tiere aller Versuchsgruppen durch CO2- Inhalation getötet. Es erfolgte eine quantitative Auswertung der Tumorlast anhand der Bestimmung von Tumormasse, Tumorknotenanzahl, des ePCI und dem Vorhandensein von Aszites. Durch diesen Versuch konnte ein Rattenmodell etabliert werden, in dem Tumordebulking und intraperitoneale hypertherme Chemotherapie einer zuvor induzierten Peritonealkarzinose durchführbar sind. Durch vorzeitig verstorbene Tiere betrug die Mortalität 8%. Es konnten in allen Therapiegruppen signifikant verringerte Werte von Tumorknotenanzahl, Tumormasse und ePCI gegenüber der Kontrollgruppe erreicht werden. Eine signifikante Reduktion der Tumorlast bei zusätzlicher intraperitonealer hyperthermer Chemotherapie konnte im Vergleich zum alleinigen Tumordebulking nur durch die Spülung mit Mitomycin C erbracht werden. Der Einsatz von Gemcitabin konnte weder gegenüber der rein operativen Therapie, noch dem von Mitomycin C eine Verringerung der Tumorlast zeigen. Auch in Bezug auf das Vorhandensein von Aszites zeigte sich eine dieser Tendenz folgende Beobachtung. In jeder Gruppe gab es Tiere, die Aszites aufwiesen. Die meisten Fälle mit Aszites fanden sich in der Kontrollgruppe (n=9 = 60%). In der Mitomycin C Gruppe wurde am wenigsten Aszites beobachtet (n=2 = 15,4%), während die mit Gemcitabin behandelten Tiere kein signifikantes Ergebnis zeigten, da sie zu 50% Aszites aufwiesen und zu 50% keinen. Die innerhalb unseres Versuches gefundenen Ergebnisse stützen die derzeitig im klinischen Alltag eingesetzte Standardtherapie. Wir konnten zeigen, dass Mitomycin C die Tumorlast am meisten verringert hat. Diesem Ergebnis folgten auch andere tierexperimentelle Studien. Wir konnten außerdem keine Nebenwirkungen, die auf die HIPEC zurückzuführen waren, beobachten. Während in der Studie von Aarts et al. die HIPEC mit Mitomycin C gegenüber einer RIT starke Nebenwirkungen in Form von Lethargie, Diarrhö und Gewichtsverlust zeigte. Der Einsatz von Gemcitabin hatte sich zwar in der Therapie von soliden intraperitonealen Malignomen bewährt, in unserem Versuch konnte Gemcitabin jedoch keinen positiven Effekt auf die Entstehung und die Ausbreitung einer Peritonealkarzinose durch ein Kolonkarzinom erzielen. Es bleibt also festzustellen, dass durch diesen Versuch das Ziel erreicht wurde, ein experimentelles Rattenmodell aufzustellen, das die Durchführung der zytoreduktiven Therapie und einer anschließenden hyperthermen intraperitonealen Chemotherapie erlaubt. Dieses Tiermodell wird auch in Zukunft für eine weitere Optimierung zur Verfügung stehen können. Es bietet die Möglichkeit, die einzelnen Schritte innerhalb des Komplexen Ablaufs der multimodalen Therapie genauer betrachten zu können. So könnte in zukünftigen Versuchen beispielsweise mit unterschiedlichen Dosierungen von Mitomycin C gearbeitet werden. Ebenso könnte betrachtet werden, ob es für Spülzeit und die Temperatur einen noch optimaleren Bereich gäbe. Weiterführend ist durch dieses Rattenmodell auch die Möglichkeit gegeben, wieder neue Therapieansätze zu untersuchen. Es könnten sogar Kombinationen von Medikamenten eingesetzt werden. Aufgrund der Notwendigkeit die noch immer infauste Prognose der Peritonealkarzinose zu verbessern, besteht die Dringlichkeit auf diesem Gebiet weiterhin in der tierexperimentellen Grundlagenforschung zu arbeiten. Durch dieses Rattenmodell könnten wir dem Ziel einer besseren Therapie für die Peritonealkarzinose und ihrer Umsetzung für den klinischen Alltag ein Stück näher gekommen sein.In western countries, colorectal adenocarcinomas have increased in malignant diseases. The peritoneal carcinomatosis is originated in a large proportion of the cases from gastrointestinal cancer, and is viewed as a terminal stage with a short mean survival time, because of their poor prognosis. Without treatment, the median survival is just six months. By palliative systemic chemotherapy good response of the tumor could be achieved. However, the total median survival time could not be extended. Within the past 20 years new therapeutic approaches in the center of research of peritoneal carcinomatosis had been drawn. Multimodal therapies were presented and optimized. A cytoreductive therapy, that included so-called "Peritonectomy procedures" by Sugarbaker, formed the basis for the subsequent intraperitoneal hyperthermic chemotherapy. The maximum possible macroscopic tumor reduction had to be realized, to assure the success of the locally limited penetration depth of chemotherapeutic agents. Due to the poor prognosis, and the close association of the peritoneal carcinomatosis to the freuquent colon cancer, experimental basic research is of particular importance. In this area to the present time only a limited number of studies exist. Therefore, this experiment has the goal to conduct several multimodal therapy concepts of peritoneal carcinomatosis by colon cancer in a rat model and to compare them in terms of effectiveness and side effects. The division in the experimental groups was performed by randomization. Each group included 15 male BD IX / HansHsd rats. At the start of the experiment DHD/K12/TRb syngeneic colon carcinoma cells were injected subperitoneal in all animals to induce a peritoneal carcinomatosis. The animals of test group one received no further treatment (control group). The animals of group two received a cytoreductive therapy 21 days after the cell injection. In group three there was a intraperitoneal hyperthermic chemotherapy with mitomycin C following the operative tumor debulking. The test group four received an intraperitoneal hyperthermic chemotherapy with gemcitabine after cytoreduction. 42 days after cell injection, the animals of all experimental groups were sacrificed caused by CO2 inhalation. We conducted a quantitative analysis of tumor burden based on determination of tumor mass, tumor node number, the ePCI and the presence of ascites. This test could establish a rat model in which tumor debulking and intraperitoneal hyperthermic chemotherapy of a previously induced peritoneal carcinomatosis can be performed. Due to prematurely deceased animals the mortality was 8%. There Values of number of tumor nodules, tumor mass and ePCI compared to the control group were significantly reduced in all treatment groups. Only by irrigation with mitomycin-C a significant reduction in tumor burden could be achieved compared to the sole tumor debulking. The use of gemcitabine could not show a reduction in tumor burden compared to surgical treatment or to that with mitomycin C. Also for the presence of ascites, we made observations following the same tendency. In each group there were animals that had ascites. Most cases with ascites were found in the control group (n = 9 = 60%). The least ascites was observed in the mitomycin C group (n = 2 = 15.4%), while the gemcitabine-treated animals showed no significant result because 50% had ascites and 50% had not. The results found within our experiment are based on the current clinical practice used standard therapy. We have shown that mitomycin C reduced the tumor burden most. This result was followed by other experimental animal studies. We watched no side effects, which were attributable to the HIPEC. While Aarts et al. showed more side effects like lethargy, diarrhea and weight loss for the HIPEC with mitomycin C compared to a RIT. The use of gemcitabine had indeed been proven in the therapy of solid malignancies, in our study, however, gemcitabine could not show a positive effect on the development and spreading of peritoneal carcinomatosis by colon cancer. It remains to note that in this experiment the goal was reached, to establish an experimental rat model in which cytoreductive therapy and a subsequent hyperthermic intraperitoneal chemotherapy could be implemented. This animal model will be available for further optimization. It offers the possibility of consideration of the individual steps within the complex sequence of multimodal therapy accurately. In future experiments,there could be worked with different doses of mitomycin C for example. Also could be considered, whether there would be an even more optimal range for the time of irrigation and the temperature. Related by this rat model, it is possible to investigate new therapeutic approaches. Combinations of drugs could be used for example. Due to the need to of improvement of the poor prognosis of peritoneal carcinomatosis, it is urgent continue to work in the experimental animal basic research. With this rat model we could have come closer to the goal of a better treatment for peritoneal carcinomatosis and its implementation in clinical practice