Schwerionenbestrahlung zwei- und dreidimensionaler Zellsysteme

Aufgaben der vorliegenden Untersuchungen waren die Etablierung von planaren Multilayern aus mensch­lichen Tumorzellen (WiDr und SiHa) und die Testung dieses Zellsystems als Bestrahlungsmodell solider Tumoren. Neben der konventionellen Röntgenbestrahlung (250 kV) wurde auch das Überle­ben nach Schwerionenbestrahlung (12C6+) und nach Behandlung mit dem Chemotherapeutikum Etoposid unter­sucht. Multilayer aus beiden Zelllinien zeigten ein geringeres Überleben nach Röntgen- und Schwerionenbestrah­lung als die entsprechenden Monolayer. Die hier beschriebene multizelluläre Sensitivierung steht aller­dings im Ge­gensatz zu der in der Literatur beschriebenen multizellulären Resistenz der Sphäroide, dem sog. Kontakteffekt. Nach durchflußzytometrischen Mes­sungen arretierten die bestrahlten SiHa-Zellen in der G2/M-Phase. Im Gegen­satz zum transienten Block der Monolayer verweilten die Multilayer in einem per­manenten Arrest. Im Vergleich zur Röntgenbe­strahlung verlän­gerte sich die Arrestzeit der Mono­layer nach Schwerionenbestrahlung im Bragg-Peak um 12-24 h. Auch waren mehr Zellen betroffen. Im Gegensatz dazu war kein Unterschied zwischen beiden Bestrahlungsmo­dalitäten bei den Multi­layern bis zum Ende des Beobachtungszeit­raumes zu verzeichnen. Nach Etoposid-Behandlung verhielten sich die Multilayer deutlich resistenter als die Monolayer. Somit zeigten Multilayer interessan­terweise nach Bestrahlung eine Sensitivierung und nach Etoposid-Behandlung eine Resistenz. Die Unterschiede im Überleben der beiden Kultivierungs­formen beruhen zum Großteil auf den Differenzen in der Zellzyk­lusverteilung. Besonders deutlich wurde dieser Zusam­men­hang zwischen Überleben und Zell­zyklusvertei­lung durch Wie­deraussaat- und Synchronisations-Experi­mente.

The goal of this study was to establish planar multilayers from human tumor cells (WiDr and SiHa) as an irradiation model for solid tumors. Besides application of conventional X-rays (250 kV), the survival was also analyzed after heavy ion irradiation (12C6+; plateau and Bragg peak) and after treatment with the chemotherapeutic substance etoposide. Multilayers of both cell lines showed less survival after X-ray and heavy ion irradiation compared to the corresponding monolayers. This multicellular sensitization effect is opposed to the multicellular resistance or contact effect commonly described in the literature. Flow cytometric measurements showed an arrest of irradiated SiHa cells in G2/M phase. In contrast to the transient arrest of the monolayers, the multilayers stayed in a permanent arrest. After Bragg peak irradiation for monolayers, the arrest time was increased by 12-24 hrs, and more cells were affected compared to X-rays. In this case, no differences were registered for multilayers between x-rays and heavy ions for the entire observation period. After etoposide treatment, multilayers were distingtly more resistant than monolayers. In essence, multilayers showed a radiosensitization and an elevated chemoresistance. The survival differences of both cultivation modes are mainly based on different cell cycle distributions. This correlation of survival and cell cycle distribution could be confirmed by re-seeding and synchronizing experiments.