Establishment of primary cell cultures from lung tissue biopsies and study of the cellular metabolic responses to cisplatin and radiation exposure

Dissertação de mestrado em Biologia Celular e Molecular, apresentada ao Departamento de Zoologia da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de CoimbraO presente trabalho compreende duas partes principais: (i) a tentativa de estabelecimento de culturas primárias de carcinomas pulmonares e parênquima obtido a partir de amostras celulares e sua caracterização citogenética e fenotípica. (ii) A caracterização metabólica da linha celular do tumor de pulmão A549 e da sua resposta a diferentes estímulos externos, ou seja, um agente de quimioterapia (cisplatina) e radiação ionizante. Ao identificar os metabólitos (e vias metabólicas relacionadas) variando com drogas ou exposição a radiação, pretende-se determinar as principais perturbações induzidas no metabolismo das células por aqueles estímulos externos. O estudo é realizado por meio de 1H de alta resolução Angle Spinning Magia (HRMAS) espectroscopia de RMN (500 MHz). Métodos de análise multivariada são utilizados para inferir sobre a relevância relativa das mudanças metabólicas celulares evidências pelas experiências de RMN. No que diz respeito à primeira parte deste trabalho não foi possível estabelecer culturas primárias de células representativas dos espécimes cirúrgicos. Relativamente ao perfil metabólico da linha celular do pulmão A549, por espectroscopia de by 1H NMR, o presente estudo forneceu alguns dados interessantes sobre a resposta metabólica destas células à exposição a 50 M CDDP ou radiação ionizante de 6 Gy. Verificou-se que nas primeiras horas de exposição à CDDP, as células são capazes de aumentar a captação de glutamina, provavelmente, numa tentativa de superar o stress oxidativo promovido. Ao mesmo tempo, a produção dos metabolitos NAD e NADP são, provavelmente aumentados devido à redução do nível de niacinamida. Além disso, com vista a garantir os requisitos energéticos os níveis dos precursores de ATP e GTP, inosina e adenosina, são aumentados, bem como o catabolismo protéico. O efeito da radiação não evidenciou alterações tão bem definido como as encontradas para o efeito da exposição CDDP. Contudo, os resultados parecem apontar para que a célula é capaz de recuperar eficazmente dos efeitos da radiação nas 2h após a exposição.The present work comprises two main parts: (i) the tentative establishment of primary cultures of lung carcinomas and parenchyma obtained from specimens and their cytogenetic and phenotype characterization; (ii) the metabolic characterization of the lung tumor cell line A549 and of its response to different external stimuli, namely a chemotherapy agent (cisplatin) and ionizing radiation. By identifying the metabolites (and related metabolic pathways) which content varies with drug or radiation exposure, it is intended to determine the main perturbations induced in the cells metabolism by those external stimuli. This is performed by means of 1H High Resolution Magic Angle Spinning (HRMAS) NMR spectroscopy (500 MHz). Multivariate analysis methods are used to infer on the relative relevance of the cellular metabolic changes detected by the NMR experiments. In what concerns the first part of this work it was not possible to establish single primary culture cells from surgical specimens, representing the different histological types. Regarding the metabolic profiling of A549 lung cells by 1H NMR spectroscopy the present study gave some interesting insights concerning the metabolic response of these cells to incubation, and exposure either to CDDP or 6 Gy ionizing radiation. It was found that within the first hours of exposure to CDDP, the cells are able to increase the uptake of glutamine probably in an attempt of overcome the oxidative stress promoted by the drug. At the same time, production of NAD and NADP metabolites are probably increased as judged by the reduction of the niacinamide level. Moreover, in view of guaranteeing the energetic requirements the levels of the ATP and GTP precursors inosine and adenosine are enhanced as well as protein catabolism. In what concerns the effect of radiation, it was apparent that, after the initial impact observed at 2 hours after irradiation, with changes in a range of metabolites, the cells were able to recover from the effects of the radiation in the subsequent times