비뇨기계 종양세포주에 대한 고에너지 충격파 단독 및 항암제와의 병용효과

Abstract

[영문]

[한글]

고에너지 충격파는 음파간섭이 서로다른 물체의 접면에서 발생되는 파괴력을 정상조직

에는 손상없이 인체의 어느부위에나 집중시켜 전달할 수 있으므로 이를 이용한 체외충격

파쇄석술은 비관혈적이고 부작용이 거의 없으며 국소마취하에서도 안전하게 수차계의 재

시도가 가능하다는 장점때문에 요로결석 치료에 있어 획기적인 치료법으로 인정되고 있다

. 이러한 장점을 갖는 고에너지충격파를 세포골격이 정상세포와는 다른 종양의 치료에도

활용해 보고자 최근 이를 위한 연구가 일부에서 진행되어 고에너지 충격파가 갖는 파괴효

과로 인해 생체내, 외에서 종양세포의 성장과정에 영향을 미치는 것으로 알려지고 있으나

, 고에너지 충격파의 노출조건 및 대상세포의 종류에 따른 효과의 변화에 대해서는 구체

적으로 정립되어 있지 않다. 또한 항암제나 면역요법제와 함께 보조수단으로서 고에너지

충격과의 활용가능성도 제시되고 있으나 아직 초기단계를 불과한 실정이다.

이에 본 연구에서는 종양치료에 고에너지 충격파의 적용 가능성을 확인하고, 치료방침

의 확립에 있어 실험적 근거를 마련하고자 수종의 사람유래 비뇨기계 종양 세포주(CaKi-2

신장암 세포주, 5637 방광암 세포주 및 PC-3 전립선암 세포주)와 마우스 유래 B16 흑색

종 세포주 및 L-929 정상 섬유아 세포주를 대상으로 세포 종류 및 고에너지 충격파의 노

출조건 변화에 따른 충격파의 살상효과와 충격파 노출 후 종양세포의 항암제 감수성의 변

화를 관찰하였고, 생체내 종양도 형성시켜 고에너지 충격파의 생체내 노출에 따른 종양성

장의 양상 및 조직학적 변화 등도 함께 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 모든 배양세포에서 고에너지 충격파 노출시 충격에너지 증가에 비례하여 세포생존율

이 감소하였다.

2. 동일충격에너지하에서는 충격전압을 중가시키는 것이 충격횟수를 증가시키는 것보다

더 큰 세포살상효과를 얻을 수 있었다.

3. 동일 충격에너지하에서 고에너지 충격파의 페포 살상효과는 세포의 종류에 따라 달

리 나타났으며, 특히 종양세포주에 대한 살상효과가 정상세포주에 비하여 현저하였다.

4. 18.1 kV의 충격전압하에서 50%의 세포살상능(LD5O)을 보이는 충격횟수는 L-929 정상

섬유아 세포주 241회, CaKi-2 신장암 세포주 134회, 5637 방광암 세포주 155회, PC-3 전

립선암 세포주 92회, B16 흑색종 세포주 106회이었다.

5. 대상세포주들중 특히 5637 방광암 세포주 및 PC-3 전립선암 세포주에서 고에너지 충

격파에 의한 현저한 지연살상효과를 관찰할 수 있었다.

6. 고에너지 충격파로 종양세포주들을 전처치한 후 항암제에 노출시켰을 때 5637 방광

암 세포주에서는 항암제에 대한 감수성이 증진되지 않았던 반면, CaKi-2 신장암 세포주

및 PC-3 전립선암 세포주의 경우에는 cia-platinum 및 doxorubicin에 대한 감수성이 증진

되어 대상 암세포주 및 항암제에 따라서 고에너지 충격파에 의한 항암제 감수성 증진효과

가 다름을 알 수 있었다.

7. 고에너지 충격파를 생체내 종양에 직접 노출시킨 결과 일정기간 종양의 성장이 지연

되었고, 반복노출시 성장억제기간이 연장되는 경향을 보였다.

8. 고에너지 충격파 노출에 의한 생채내 송양 및 주위조직의 변화는 종양조직 자체에서

는 관찰되지 않았으나 대조군에 비하여 출혈성 괴사가 종양의 표면에서 관찰되었고, 주위

조직으로 침윤이 억제되는 양상을 보였다.

고에너지 충격파가 생체외 종양세포에 대해서 살상효과를 가지며 생체내 종양에 대해서

도 종양성장억제 효과를 보인 본 연구의 결과로 미루어 고에너지 충격파를 결석만이 아닌

암치료에도 활용할 수 있을 것으로 생각된다. 또한 이러한 살상효과가 종양세포주들의

종류에 따라 다르고, 대상 암세포주 및 항암제의 종류에 따라서도 초에너지 충격파의 항

암제 감수성 증진 효과가 서로 다르므로 항암 화학요법의 보조요법으로서 고에너지 충격

파를 활용하기 위하여는 적절한 대상 암환자 및 항암화학요법제의 선정이 필요한 것으로

생각된다. 이를 위하여 보다 많은 세포주를 대상으로 한 추구 및 고에너지 충격파의 생체

내 노출조건의 확립이 이루어져야 할 것이다.

Effect of high energy shock waves on urological tumor cels linos : single or

combined effect with anticancer drugs

Woo Sik Chung

Department of Medical Science The Graduate School, Yonsei University

(Directed by Professor Moo Sang Lee, M.D., Ph.D.)

Extracorporeal shock wave lithotripsy using high energy shock waves (HESW) is an

attractive treatment modality for fragmenting urinary stones because it is

non-invasive, safe and relative free of side effects and requires only light

anesthesia. These features are desirable in any treatment and recently other

clinical applications of HESW have been examined. Since HESW provide delivering

focussed energy and cause local tissue destructive effect, applications in cancer

treatment have been suggested as HBSW have been shown to kill tumor cells in

suspension and to delay the growth of solid tumors exposed in vivo. Also some in

vitro studies revealed that HESW exposure can potentiate the effect of cytotoxic

drugs. Howerer, these studios esed mainly tumor cell lines from animals and the

change of effect according to tumor cell types or various exposure conditions of

HESW has not been cleared yet. Therefore this experiment evaluated the effect of

HESW itself and the combined effect with anticancer drugs on various human

urological cell lines(CaKi-2 renal cell careinoma, 5637 bladder carcinoma and PC-3

prostate carcinoma), B16 melanoma and L-929 fibroblast cell lines from mouse, in

order to obtain insight in the factors that can influence the effect ef HESW on

tumor cells in vitro and in vivo.

The results obtained are summarized as follows

1. The viability of all kinds of cells measured by MTT assay after HESW exposure

was dose related with increasing shock wave energy level resulting in decreasing

viability.

2. Cytokilling effects of HESW on various cell lines under the same energy level

were different from one another.

3. Under the same shock wave energy level higher cytokilling effect was obtained

by increasing voltage rather than number of HESW delivered.

4. The number of HESW at 18.IkV to kill half of cells (L.D5O) was 241 in L-929

fibroblast,134 in CaKi-2 renal cell carcinoma, 155 in 5637 bladder carcinoma, 92 in

PC-3 prostate carcinoma and 106 in B16 melanoma.

5. Delayed effect of HESW on tumor cells was represented markedly in 5637 bladder

carcinoma and PC-3 prostate carcinoma.

6. After treatment of tumor cells with LD5O of HESW, it was found that tumor

cells of CaKi-2 renal cell carcinoma and PC-3 prostate carcinoma became more

sensitive to growth inhibition by cis-platinun and doxorubicin, but this

potentiating effect was not found in 5637 bladder carcinoma.

7. The growth of tumor in vivo was delayed for 4∼5 days following single

exposure of HESW and repeated administration of HESW with some interval cause

prolonged delay in growth to 10 days.

8. Light microscopic examination of tumor from animals exposed to HESW showed

hemorragic necrosis in peripheral rather than central area of tumor and decreasing

infiltration of tumor into the surrounding tissue.

Frem the above results, it was noted that HESW have the cytokilling effect which

is different from one another according to the cell types and exposure conditions

of HESW, and that pretreatinent of tumor cells with HESW enhances the sensitivity

to anticancer drugs in some cases. Futhermore, HESW can provoke supperssion of

tumor growth in vivo. These experimental informations give us that HESW can be

applied for the treatment of cancer as a new therapeutic modality with or without

other treatment. To explore the ultimate role of HESW on tumor treatment, farther

studies using more kinds of tumor cell and anticancer drug and defining optimal

conditions for in vivo exposure of HESW are needed.