원발병소 및 전이병소에서 배양된 위선암 세포의 체외 항암제감수성 비교

Abstract

[한글]

최근 수십년간에 걸쳐 많은 항암제가 개발되고 또한 보다 효과가 좋은 항암제 선택을 위한 많은 연구가 이루어져 왔다. 그러나 대부분의 항암제는 일부 암을 제외하고는 항암작용이 낮을 뿐아니라 같은 종류의 종양이라도 환자에 따라 약제에 대한 반응정도가 다르기 때문에 현재 시행되고 있는 임상경험에 의한 항암제의 단일 또는 병합 투여방법은 낮은 치료효과와 항암제투여에 따른 부작용으로 환자에게 많은 고통을 주고 있다. 따라서 부작용을 줄이고 항암효과를 증진시키기 위하여서는 환자 개개인에 감수성이 높은 단일 또는 병합 항암제를 적절히 선정할 수 있는 방법이 절실히 요망된다. 이를 해결하는 방법의 하나로 세균에 대한 항생제감수성검사와 같은 개념으로 항암제감수성검사법이 다양하게 개발, 발전되어 왔으나 아직까지 임상응용에는 많은 제약이 있다. 그러나 감수성검사

결과와 생체내에서의 항암효과 사이에 연관성이 높다는 여러 보고와 함에 실제 생존율도 증가시킨다는 보고가 있어 항암제 감수성검사의 중요성 및 필요성이 더욱 강조되고 있다.

위암은 특히 우리나라에서 암에 의한 사망원인중 수위를 차지하고 있을 만큼 발병율 및 사망율이 높은 질환이다. 위암환자 개개인의 암세포에 감수성이 높은 항암제를 선별할 수 있는 방법이 있다면 위암을 조기발견하려는 노력과 함께 치료성적을 향상시킬 수 있을

것으로 생각된다. 이와 더불어 원발병소 및 전이병소의 암세포는 세포형태, 핵형, 면역성, 항원성, 침습력, 암유전자 발현율 및 항암제감수성에 있어서 차이가 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 아직까지 원발병소 및 전이병소의 암세포에 대한 항암제감수성의 구체

적 차이에 대한 보고는 별로 없다. 현재까지 이미 수립되어 있는 각종 종양세포주에 대한 항암제감수성검사나 원발병소가 아닌 삼출액 또는 원격 전이부위에서 채취된 종양세포에 대한 항암제감수성검사에 대한 보고는 많이 있으나, 원발병소로부터 얻은 환자 개개인의 위선암세포를 단기 배양하여 체외 항암제감수성검사를 시행하여 감수성이 높은 항암제를 선택해 보려는 시도와 원발병소 및 전이병소에서 얻은 위선암세포간에 항암제에 대한 감수성에 차이가 있는 지를 알아보려는 연구는 거의 없었다. 이에 저자는 원발병소 및 전이병소의 암세포간에 단일 또는 병합 항암제에 대한 감수성에 차이가 있는 지를 알아보고, 체외 항암제감수성검사를 통하여 가장 감수성이 높은 단일 또는 병합 항암제를 선별할 수 있는지를 알아보기 위하여 본 연구를 시행하였다. 위암환자 158예(165병소)중 138예는

원발병소(A군)에서, 26예(27병소)는 전이병소(B군)에서 채취된 위선암세포를 단기간(5일∼17주) 시험관내에서 배양하였다. 이중 6예에서는 두병소 모두에서 위선암세포를 채취하여 배양하였다. 단기간 배양된 암세포를 3-{4,5-dimethylthiazol-2-yl}-2,5-diphenyl-cetrazolium bromide(MTT)검사법을 이용하여 adriamycin(ADR), cisplatin(DDP), 5-fluorouracil(5-FU), mitomycin-C(MMC) 및 etoposide(VP-16)의 5가지 단일 또는 병합 항암체에 대한 체외 항암제감수성검사를 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 위선암세포의 단기간 배양성공율은 A군에서 138병소중 20병소로 14.5%, B군에서 27병소중 18병소로 66.7%로서 양군간에 의의있는 차이를 보였다(p<0.001).

2. 배양된 암세포의 위상차 현미경 소견이나 병리학적 도말검사 소견은 양군간에 유의한 형태학적 차이를 관찰할 수 없었다.

3. 각 항암제에 대한 감수성은 환자 개개인에 따라 차이가 많았으며 각 항암제에 대한 50% 세포성장 억제농도(IC^^50)는 A군에서는 ADR 1.15±0.46㎍/㎖, DDP 10.72±4.31㎍/㎖, 5-FU 18.20±7.06㎍/㎖, MMC 4.27±2.41 ㎍/㎖, VP-16 208.93±127.33㎍/㎖였으며, B군에서는 ADR 4.27± 1.87㎍/㎖, BDP 29.51 ±7.39㎍/㎖,5-FU 37.15± 13.35㎍/㎖, MMC 10.72± 6.13㎍/㎖, VP-l6 25.71±11.44㎍/㎖로서 A군에서는 ADR과 MMC가, B군에서는 VP-l6이 유의하게 높은 감수성을 보였다(p<0.05).

4. Additivity model을 이용한 병합 항암제에 대한 감수성검사 결과, 항암제 2제 병합시 A군에서는 ADR+MMC와 ADR+DDP, B군에서는 ADR+VP-16, 5-FU+VP-16, MMC+VP-16에서 유의한 상승효과를 보였으며(P<0.05), 항암제 3제병합시 A군에서는 5-FU+ADR+DDP와 MMC+DDP+5-FU, B군에서는 5-FU+ADR+VP-16과 VP-16+AOR7DDP에서 유의한 상승효과를 보였다(p<0.01).

5. Isobologram model을 이용한 병합 항암제에 대한 감수성검사 결과, 항암제 2제 병합시A군에서는 ADR+DDP와 ADR+MMC, B군에서는 ADR+VP-16, MMC+VP-16, DDP+VP-16이, 항암제 3제병합시 A군에서는 5-FU+ADR+ODP와 MMC+DDP+5-FU, B군에서는 VP-16+ADR+DDP와 5-FU+ADR

+VP-16이 대상환자의 70% 이상에서 높은 감수성을 보였다.

6. A군과 B군사이에 감수성이 높은 병합 항암제는 서로 달라 5-FU+ADR+MMC와 5-FU+ADR+DDP는 A군에서는 상승효과를 보였으나 B군에서는 오히려 길항작용을 보였으며, S-FU+ADR+VP-16과 VP-16누ADR+DDP는 A군에서는 준첨가효과를 보였으나 B군에서는 유의한 상승효과를 보였다.

이상의 결과로 원발병소 및 전이병소의 위선암세포간에 단일 또는 병합 항암제에 대한 감수성에 있어서 유의하게 차이가 있었다. 따라서 원발병소 또는 전이병소의 위선암세포를 시험관내에서 단기 배양하여 체외 항암제감수성검사를 시행함으로서 환자 개개인의 위암세포에 가장 감수성이 높은 항암제를 선별할 수 있고, 감수성검사의 결과에 따라 선택된 단일 또는 병합 항암제로 화학요법을 시행하면 현재의 경험적인 항암제 투여에 비하여 치료성적이 향상될 것으로 생각된다.

Comparison of in vitro chemosensitivities of adenocarcinoma cells of the stomach

cultured from primary and metastatic lesions by MTT assays

Ki Baik Hahm

Department of Medical Science, The Graduate School Yonsei University

(Directed by Professor Heung Jai Choi)

Recently, attention has been focused on the possibility of predicting the

effectiveness of anti-cancer drugs against individual tumor through

chemosensitivity tests. The human tumor clonogenic assay which is one of in vitro

assays has the theoretical attraction that it measures the response of those cells

which individually have the capacity to regrow the whole tumor if not killed.

However, the problem of obtaining a satisfactory single cell suspension may prove

to be along-lasting one in the general use of clonogenic assays for human solid

tumors. The MTT assay is a Preferable, accurate, and convenient colorimetric assay

which is based on the promise that the mitochondria of living cells reduce the

tetrazolium salt to formazan.

It has been suggested that malignant neoplasms contain multiple cell populations

exhibiting try-mendous biologic heterogeneity. Particularly the detailed

differences in chemosensitivity between cells from Primary and from metastatic

lesions remain unsolved.

This study was designed to assess the usefulness of in vitro chemosensitivity

tests in the treat-ment of gastric cancers and differences in chemosensitivity

between gastric cancer cells cultured from primary and metastatic lesions. Primary

cancer cells of 138 patients with gastric cancer(group A), obtained through the

endoscopic biopsy or surgical open biopsy, and matastatic cancer cells of 26

patients(group B: 27 lesions), obtained through the paracentesis or Pleural

centesis, were cultured using culture medium supplemented with 20% fetal bovine

serum. The colorimetric MTT assay was applied for in vitro chemosensitivity tests.

The results obtained were as follows:

1. The success rates of short-term culture of gastric cancer cells were

14.5%(20/138) in group A and 66.7% (18/27) in group B respectively.

2. The morphology of the cultured cells observed through Phase-contrast and light

microscopy showed no significant difference between group A and B.

3. The mean IC^^50 of group A were ADR: 1.15 ±0.46㎍/㎖, DDP: 10.72±4.31 ㎍/㎖,

5-FU: 18.20±7.06㎍/㎖, MMC: 4.27 ±2.41㎍/㎖, and VP-16: 208.93±127.33㎍/㎖.

Those of group B were ADR: 4.27±1.87㎍/㎖, DDP: 29.51 ± 7.39㎍/㎖, 5-FU:

37.15±13.35㎍/㎖, MMC: 10.72±6.13㎍/㎖, and VP-16:25.71±11.44㎍/㎖. The mean

IC^^50 of ADR and MMC were significantly higher in group A(P<0.05)and that of VP-16

in group B(p<0.001).

4. The two-drug combination regimens having the statistically significant

synergistic effects were ADR+MMC(p<0.05) and ADR+DOP(p= 0.01) in group A,

ADR+VP-16(p<0.05), 5-FU+VP-16(P<0.05) and MMC+VP-16(P<0.05) in group B, and the

three-drug combination regimens were 5-FU+ADR+DDP(p<0.05) and MMC+DDP+5-FU(p<0.01)

in group A, 5-FU+ADR+VP-16(p<0.01) and VP-l6+ ADR+DDP(p< 0.01) in group B.

5. The two-drug combination regimens having the supraaddictive effects over 70%

of the cases were ADR+MMC and ADR+DDP in group A, ADR+VP-16, 5-FU+VP-16 and

BDP+VP16 in group B, and the three-drug combination regimens 5-FU+ADR+ DDP and MMC

+DDP+5-FU in group A,5-FU+ ADR+VP-16 and VP- l6+ ADR+DDP in group B.

6. The combination regimens having synergistic effects were different between

group A and group B. 5-FU+AOR+MMC and 5-FU +ADR +DDP combination had synergistic

effects in group A, but antagonistic effects in group B. S-FU+ADR+VP-16 and

VP-16+ADR+DDP combination synergistic effects in group B, but antagonistic effects

in group A.

In conclusion, the chemosensitivities of gastric cancer cells were significantly

different between the Primary and metastatic lesions from which the cultured cells

were derived. Thus, the individual chemosensitivity test using short-term culture

system may be useful for the selection of the most effective anticancer drugs.

[영문]

Recently, attention has been focused on the possibility of predicting the effectiveness of anti-cancer drugs against individual tumor through chemosensitivity tests. The human tumor clonogenic assay which is one of in vitro assays has the theoretical attraction that it measures the response of those cells which individually have the capacity to regrow the whole tumor if not killed.

However, the problem of obtaining a satisfactory single cell suspension may prove to be along-lasting one in the general use of clonogenic assays for human solid tumors. The MTT assay is a Preferable, accurate, and convenient colorimetric assay which is based on the promise that the mitochondria of living cells reduce the tetrazolium salt to formazan.

It has been suggested that malignant neoplasms contain multiple cell populations exhibiting try-mendous biologic heterogeneity. Particularly the detailed differences in chemosensitivity between cells from Primary and from metastatic lesions remain unsolved.

This study was designed to assess the usefulness of in vitro chemosensitivity tests in the treat-ment of gastric cancers and differences in chemosensitivity between gastric cancer cells cultured from primary and metastatic lesions. Primary cancer cells of 138 patients with gastric cancer(group A), obtained through the endoscopic biopsy or surgical open biopsy, and matastatic cancer cells of 26 patients(group B: 27 lesions), obtained through the paracentesis or Pleural centesis, were cultured using culture medium supplemented with 20% fetal bovine

serum. The colorimetric MTT assay was applied for in vitro chemosensitivity tests.

The results obtained were as follows:

1. The success rates of short-term culture of gastric cancer cells were 14.5%(20/138) in group A and 66.7% (18/27) in group B respectively.

2. The morphology of the cultured cells observed through Phase-contrast and light microscopy showed no significant difference between group A and B.

3. The mean IC^^50 of group A were ADR: 1.15 ±0.46㎍/㎖, DDP: 10.72±4.31 ㎍/㎖, 5-FU: 18.20±7.06㎍/㎖, MMC: 4.27 ±2.41㎍/㎖, and VP-16: 208.93±127.33㎍/㎖. Those of group B were ADR: 4.27±1.87㎍/㎖, DDP: 29.51 ± 7.39㎍/㎖, 5-FU: 37.15±13.35㎍/㎖, MMC: 10.72±6.13㎍/㎖, and VP-16:25.71±11.44㎍/㎖. The mean IC^^50 of ADR and MMC were significantly higher in group A(P<0.05)and that of VP-16

in group B(p<0.001).

4. The two-drug combination regimens having the statistically significant synergistic effects were ADR+MMC(p<0.05) and ADR+DOP(p= 0.01) in group A, ADR+VP-16(p<0.05), 5-FU+VP-16(P<0.05) and MMC+VP-16(P<0.05) in group B, and the

three-drug combination regimens were 5-FU+ADR+DDP(p<0.05) and MMC+DDP+5-FU(p<0.01) in group A, 5-FU+ADR+VP-16(p<0.01) and VP-l6+ ADR+DDP(p< 0.01) in group B.

5. The two-drug combination regimens having the supraaddictive effects over 70% of the cases were ADR+MMC and ADR+DDP in group A, ADR+VP-16, 5-FU+VP-16 and BDP+VP16 in group B, and the three-drug combination regimens 5-FU+ADR+ DDP and MMC +DDP+5-FU in group A,5-FU+ ADR+VP-16 and VP- l6+ ADR+DDP in group B.

6. The combination regimens having synergistic effects were different between group A and group B. 5-FU+AOR+MMC and 5-FU +ADR +DDP combination had synergistic effects in group A, but antagonistic effects in group B. S-FU+ADR+VP-16 and VP-16+ADR+DDP combination synergistic effects in group B, but antagonistic effects in group A.

In conclusion, the chemosensitivities of gastric cancer cells were significantly different between the Primary and metastatic lesions from which the cultured cells were derived. Thus, the individual chemosensitivity test using short-term culture system may be useful for the selection of the most effective anticancer drugs.