The effect of Losartan treatment assessed using magnetic resonance imaging of human tumour xenografts

Abstract

This study investigates the possibility of using the angiotensin-II-receptor-blocker (ARB) Losartan to increase oxygenation in tumours. Reduced blood flow in tumours restricts the delivery of oxygen, nutrients and pharmaceuticals. Oxygen deprivation causes hypoxia, which not only reduces the efficacy of radio-, immuno-, and chemotherapy, but also induces tumour progression and metastasis. Tumours that contain high levels of fibrosis, show reduced blood flow as a result of solid stress compressing vessels in the tumour. The solid stress is a result of proliferating tumour cells and contraction forces caused by the fibrous content. Losartan is commonly used for treating hypertension, but is also shown to have antifibrotic effects. By decreasing fibrous content, such as collagen I it has previously been shown that Losartan should relieve solid stress in tumours. Relieving solid stress in the tumour micro-environment increases the number of perfused vessels and reoxygenate tissue. To examine the effect of Losartan, human cancer cell lines CK-160 (Squamous cell cervical carcinoma) and Capan-2 (Pancreatic ductal adenocarcinoma) were inserted into athymic adult female Balb/c nu/nu mice. The mice were given a daily treatment of 30 mg/kg Losartan (Losartan group) or the equivalent volume of pure PBS (vehicle group). The treatment effect was assessed by magnetic resonance imaging (MRI) and immunohistochemistry. Dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) was used to estimate the physiological parameters Ktrans and ve. Ktrans reflect blood flow in tumours and ve reflects interstitial volume fraction. Diffusion weighted magnetic resonance imaging (DW-MRI) was used to measure diffusion in the tumours, reflected by the Apparent Diffusion Coefficient (ADC). DCE-MRI and DW-MRI were carried out using a 7.05 T bore magnet. Immunohistochemistry was used to determine the fraction of hypoxia, collagen I and connective tissue, and necrosis. In tumours of the cervical cancer model, CK-160, Losartan treatment did not increase values of Ktrans (P > 0.05), implying that Losartan did not improve blood flow. There was no reduction in hypoxia (P > 0.05), but Losartan reduced the amount of necrotic tissue in the tumours (P = 0.03). There was no reduction in collagen I content (P > 0.05) for Losartan treated mice, which was reflected by an absence of increase in ADC (P > 0.05). Losartan did not improve oxygenation in CK-160 tumours.

Losartan treated Capan-2 tumours showed a significant reduction in hypoxic fraction (P = 0.0011). The reduction of hypoxia was not due to an increase in blood flow, since Losartan treated tumours also showed a reduction in Ktrans (P = 0.0013). The reduction in perfusion was not reflected by the connective tissue content, showing no significant difference between the Losartan treated and non-treated tumours (P > 0.05). Capan-2 tumours did not contain any areas of necrosis. There were clear indications that Losartan increased oxygenation in Capan-2 tumours, but this increase was not a result of an increase in blood flow. This implies that other mechanisms appear to be responsible for the increase in oxygenation. Further investigations are required to identify these mechanisms.

Losartan increased oxygenation in Capan-2 tumours, but not in CK-160 tumours.

Dette studiet undersøker muligheten for å bruke Losartan, en angiotensin-II-reseptor blokker (ARB), for å øke oksygenering i tumor. Redusert blodstrøm i tumor begrenser tilførsel av oksygen, næringstoff og legemidler. Redusert oksygentilførsel resulterer i hypoksi, som reduserer effekten av stråleterapi, immunterapi, og kjemoterapi. Det fører også til økt tumorprogresjon og metastaser. Tumorer med høy andel fibrotiske komponenter, viser lav blodstrøm som et resultat av økt mekanisk spenning som komprimerer blodårer. Årsaken til den mekaniske spenningen er en kombinasjon av prolifererende tumor celler og kontraksjonskrefter fra fibrotiske komponenter i tumor. Legemiddelet Losartan brukes vanligvis til å behandle høyt blodtrykk, men det har og blitt vist at Losartan har antifibrotiske effekter. Ved å redusere fibrotisk innhold, for eksempel type 1 kollagen, har det blitt vist at Losartan reduserer den mekaniske spenningen i tumor. Dette fører til at antallet åpne blodårer øker og at vevet blir reoksygenert. For å måle effekten av Losartan er cellelinjene CK-160 (Plateepitel karsinom, livmorhals) og Capan-2 (Duktal adenokarsinom, bukspyttkjertel) injisert i atymiske Balb-c nu/nu hunnmus. Musene ble daglig gitt 30 mg/kg Losartan (Losartan gruppe) eller tilsvarende volum ren saltvannsløsning (kontrollgruppe). Behandlingseffekten ble undersøkt ved magnetisk resonansavbildning (MR) og immunhistokjemi. Dynamisk kontrastforsterket magnetisk resonansavbildning (DCE-MRI) ble brukt til å estimere fysiologiske parametere Ktrans og ve. Ktrans reflekterer mengden blodstrøm i tumor og ve reflekterer fraksjonelt interstitielt volum. Diffusjonsvektet magnetisk resonansavbildning (DW-MRI) ble brukt til å måle diffusjon i tumor, hvor diffusjon er gitt av Apparent Diffusion Coefficient (ADC), som kan brukes til å gjenspeile kollageninnhold. Immunhistokjemi ble brukt til å måle fraksjon hypoksi, type 1 kollagen, bindevev og nekrose i tumor. Losartan økte ikke Ktrans verdier i CK-160 tumorer (P > 0.05), noe som betyr at Losartan ikke økte blodstrøm. Det var ingen reduksjon i hypoksi (P > 0.05), men Losartan reduserte mengden nekrotisk vev i CK-160 tumorer (P = 0.03). Det var ingen reduksjon i fraksjon av type 1 kollagen (P > 0.05) for tumorer behandlet med Losartan, noe som stemte overens med uendret ADC (P > 0.05). Losartan økte ikke blodstrøm i CK-160 tumorer. Losartan-behandlede Capan-2 tumorer viste en signifikant reduksjon i hypoksi (P = 0.011). Denne reduksjonen skyldtes ikke en økning i blodstrøm, ettersom Losartan-behandlede tumorer også viste en signifikant reduksjon i Ktrans (P = 0.013). Reduksjon i perfusjon skyldtes ikke endret mengde bindevev, fordi Losartan-behandlede og ubehandlede tumorer ikke hadde forskjellig mengde bindevev (P > 0.05). Capan-2 tumorer inneholdt ikke områder med nekrosisk vev. Losartan økte oksygenering i Capan-2 tumorer, men denne økningen skyldtes ikke økt blodstrøm. Dette indikerer at andre mekanismer er ansvarlige for den økte oksygeneringen. Videre undersøkelser trengs for å identifisere disse mekanismene. Losartan økte oksygenering i Capan-2 tumorer, men ikke i CK-160 tumorer.