New models for telomerase inhibition by antisense 2'-O-methyl-RNA in lung cancer therapy

Abstract

Telomerase activity can be detected in about 80% of non-small cell lung cancers (NSCLC). Inhibition of telomerase is a specific approach for treatment of NSCLC. The oligonucleotide 2'-O-methyl-RNA (OMR) binding to the RNA component of telomerase acts as a selective telomerase inhibitor. Chitosan-coated poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) nanoparticles which are capable to form nanoplexes with OMR are one promising carrier system for OMR delivery. This thesis is mainly focused on the therapeutic potential of OMR based on different in vitro and ex vivo models. In cell culture models, delivery of OMR by nanoparticles exhibited 50%-70% telomerase inhibition 72h after treatment. In A549 cells telomerase activity was continuously reduced by 80% and the telomere length shortened about 50% during a treatment for 102 days with nanoplexes. In a new tissue slice model, nanoplexes can penetrate into tumor tissue slices, deliver OMR and subsequently inhibit telomerase activity by about 40% without changing tissue architecture. An isolated perfused rat lung model was successfully applied to investigate the inhalative delivery of nanoplexes to the lung without altering lung physiology. In 40 NSCLC tumor samples, stem cell marker CD133 positive tumor cells tend to have a lower telomerase activity. These experiments provide evidence that telomerase inhibitors delivered by nanoparticles have a great potential for in vivo application to render a more selective anticancer therapy.

Etwa 80% aller nicht-kleinzelligen Lungentumoren (NSCLC) weisen Telomerase-Aktivität auf. Hemmung der Telomerase wäre eine spezifische Tumortherapie. Das Oligonukleotid 2'-O-Methyl-RNA (OMR) bindet an die RNA Komponente der Telomerase und ist ein selektiver Telomerase-Inhibitor. Chitosan beschichtete Polylaktat-coglykolat (PLGA)-Nanopartikel, die mit OMR Nanoplexe bilden, sind ein vielversprechendes Trägersystem. Diese Arbeit setzt verschiedene in vitro Modelle ein, um das therapeutische Potenzial von OMR zu untersuchen. Eine Nanopartikel-vermittelte Aufnahme von OMR in NSCLC Zelllinien und primäre humane Lungenkarzinomzellen führte nach 72 Stunden zu einer 50% bis 70%igen Hemmung der Telomerase. Eine 102-tägige Behandlung von A549 Zellen mit Nanoplexen reduzierte die Telomerase-Aktivität kontinuierlich um 80% und verkürzte die Telomere auf etwa 50%. Nanoplexe drangen in ex vivo kultiviertes Tumorgewebe ein. Die so eingeschleuste OMR hemmte die Telomerase-Aktivität um etwa 40%, ohne die Gewebe-Struktur zu verändern. Im Modell der isoliert perfundierten Rattenlunge wurden Nanoplexe inhalativ verabreicht, ohne die Lungenphysiologie zu verändert. OMR konnte in diesen Lungen nachgewiesen werden. In 40 NSCLC Proben zeigten die Tumorzellen mit positiver Expression des Stammzell-Markers CD133 eine Tendenz zu einer geringeren Telomerase-Aktivität. Diese Experimente zeigen, dass die Nanoplexe ein großes Potenzial für die in vivo Anwendung und eine selektivere Krebstherapie haben.