Einfluss von fokussiertem Ultraschall und Stoßwelle auf die DNA-Integrität in vitro

Zusammenfassung

Fragestellung: Stoßwellen und fokussierter Ultraschall können unterschiedliche Effekte im Gewebe hervorrufen. In experimentellen Studien konnte gezeigt werden, dass hochenergetische akustische Energie auch ein Potential für die Anwendung im Bereich der Transfektion, Gentherapie und Genregulation hat. Dabei spielt neben der Kavitation auch die Erzeugung sonochemischer Effekte eine Rolle. Das Ziel dieser Studie war es, mittels des Comet Assay die Auswirkung von fokussiertem Ultraschall (FOKUS) und Stoßwellen auf die DNA-Morphologie zu untersuchen.

Material und Methodik: Polyurethanröhrchen mit einer Zellsuspension des Dunning R3327 Prostata Adenokarzinoms (Sublinie MatLu) wurden in entgastes Wasser bei 37 °C versenkt und mit Stoßwellen beziehungsweise mit FOKUS unterschiedlicher Intensität behandelt. Es wurden Proben mit und ohne Wasser-Luft-Grenze eingesetzt. Die Zellen der Positivkontrolle wurden mit H₂O₂ (0,15 %) inkubiert. Unmittelbar nach der Behandlung wurde der Comet Assay durchgeführt.

Ergebnisse: Für die Erfassung unterschiedlicher Grade von DNA-Schädigung wurde der Olive Tail Moment (Olive TM) als Standardparameter benutzt. Die Mittelwerte der Olive TMs waren sowohl in der Positivkontrolle als auch in allen Behandlungsproben signifikant höher als der Mittelwert der Negativkontrolle, was einer signifikant höheren DNA-Schädigung entspricht. Die Anwesenheit einer Wasser-Luft-Grenze produzierte signifikant mehr Strangbrüche.

Schlussfolgerung: Diese Studie hat gezeigt, dass akustische Energie in vitro signifikante DNA-Schäden in malignen Zellen erzeugen kann. Aufgrund bisheriger Untersuchungen und der langjährigen klinischen Erfahrung kann jedoch davon ausgegangen werden, dass die induzierten Schäden von den zelleigenen Reparaturmechanismen behoben werden. Gegenwärtig wird untersucht, ob der hier beobachtete Effekt therapeutisch zunutze gemacht werden kann, indem man die Ultraschallbehandlung maligner Tumoren mit der Applikation eines Reparaturhemmstoffes kombiniert.

Abstract

Purpose: Ultrasound shockwaves and high intensity, focused ultrasound (HIFU) can induce various effects in tissue. Experimental studies have shown that acoustic energy has a potential for use in transfection, gene therapy and regulation. Next to cavitation, sonochemical effects play an important role. The goal of this study was to examine the influence of shockwaves and HIFU on DNA morphology.

Materials and Methods: Polyurethane tubes filled with a suspension of the MatLu R3327 Dunning prostate adenocarcinoma were immersed in 37 °C warm, degassed water. Shockwaves and HIFU of varying intensity were applied. Different probes with and without water-air borderline served the examination of cavitation effects. An equivalent cell solution was incubated with H₂O₂ (0.15 %) as a positive control. Immediately after treatment, the Comet Assay was applied.

Results: The Olive Tail Moment (Olive TM) was used as standard parameter of DNA damage. The means of the Olive TMs were in both positive control and treatment groups significantly higher than in the negative control, corresponding to a significantly higher DNA damage. The presence of a water-air borderline produced significantly more strandbreaks.

Conclusions: This study has proved that acoustic energy can induce a significant amount of DNA damage in malignant cells in vitro. Based on earlier studies and clinical experience, however, it can be assumed that this damage can be repaired by the cells’ own repair mechanisms. We are presently examining the possibility of using the effect described here therapeutically by combining the treatment of malignant cells by ultrasound with the application of a repair inhibitor.

Key words:

DNA - Focused ultrasound - Shockwave - Comet assay

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