Response of glioblastoma cells to doxorubicin and methotrexate : role of methamphetamine

Abstract

Os glioblastomas são os tumores cerebrais mais comuns, recorrentes e com uma alta taxa de mortalidade, principalmente devida à ineficácia das terapias usadas que incluem a combinação de cirurgia, radioterapia e quimioterapia. Os resultados insatisfatórios obtidos com o uso da quimioterapia atual, como a carmustina e a temozolomida, são fortemente atribuídos à resistência adquirida pelo tumor mediada principalmente pela glicoproteína-P e pela enzima metil-guanina metil-transferase (MGMT). A doxorubicina (DOX) mostrou ser eficaz contra alguns tumores periféricos e gliomas malignos em estudos in vitro. No entanto, não é possível o seu uso para o tratamento de glioblastomas visto que este fármaco não atravessa a barreira hematoencefálica (BHE) devido à sua baixa lipofilicidade e elevado peso molecular. Também o metotrexato (MTX) é usado desde há muito tempo como um potente fármaco anticancerígeno mas também apresenta dificuldade em atravessar a BHE, sendo necessário uma administração sistémica em doses elevadas e potencialmente tóxicas a nível periférico, para se atingir uma dose efetiva no cérebro. Uma vez que as vias de administração dos fármacos quimioterapêuticos são tecnicamente difíceis e dolorosos para os pacientes, são necessários métodos mais práticos e seguros. Desta forma, e tendo em conta a capacidade que a metanfetamina (MET) possui para aumentar transitoriamente a permeabilidade da BHE, o objetivo deste trabalho foi avaliar se a MET interferia com os efeitos da DOX ou MTX, analisando especificamente a viabilidade celular, migração, quimiotaxia e ciclo celular. Os resultados deste trabalho demonstraram que a MET na concentração de 1 μM não interfere na viabilidade, migração ou ciclo celular das células de glioblastoma humano, a linha celular U-118. Da mesma forma, esta droga não alterou os efeitos na viabilidade celular, migração, quimiotaxia e no ciclo celular induzidos por DOX ou MTX. Contudo, a MET por si só conseguiu diminuir a quimiotaxia das células de glioblastoma, sendo este efeito semelhante ao que foi induzido pela DOX ou MTX quando administrados individualmente. No que diz respeito ao efeito da DOX, este fármaco levou a uma diminuição da viabilidade celular, migração e quimiotaxia assim como a uma paragem no ciclo celular na fase G2 e a uma diminuição na expressão da ciclina A. Também o MTX diminuiu a viabilidade, migração e quimiotaxia das células deglioblastoma, do mesmo modo que afetou o seu ciclo celular levando a uma paragem das células na fase S. Em suma, podemos concluir que a DOX e o MTX têm um efeito tóxico nas células de glioblastoma e que a METH, a uma concentração que aumenta a permeabilidade das células endoteliais, não interfere com o efeito da DOX ou MTX. Deste modo, consideramos que esta abordagem merece ser alvo de um estudo mais aprofundado de forma a melhor esclarecer o uso da MET como uma abordagem terapêutica em situações de tumores cerebrais.

Glioblastomas are the most common primary tumors of the brain with a high recurrence and mortality rate justified by the ineffectiveness of current therapeutics that include combinations of surgery, radiotherapy and chemotherapy. The unsatisfactory results with current chemotherapeutic agents, such as carmustine and temozolomide, have been strongly attributed to tumor cell resistance mainly mediated by P-glycoprotein and the enzyme methylated DNA-protein cysteine methyltransferase (MGMT). Doxorubicin (DOX) showed to be effective against some peripheral tumors and malignant glioma tumors in vitro. However, it is not possible to use DOX for the treatment of glioblastomas since it cannot cross the blood-brain barrier (BBB) due to its low lipophilicity and high molecular weight. Also, methotrexate (MTX) has been used for long time as a potent anticancer agent but also shows limitations to cross the BBB. Consequently, to achieve an effective dose of MTX in the brain, high and potential toxic doses of MTX should be administered systemically. Since the conventional administration routes for chemotherapy drugs delivery are difficult and painful for the patients, more practical and safe delivery methods are needed. In this way, due to the ability of methamphetamine (METH) for transiently increase BBB permeability, the aim of the present work was to evaluate whether METH could interfere with DOX and MTX effects, focusing particularly on the cellular viability, migration, chemotaxis and cell cycle of glioblastoma cells. Our results demonstrated that 1 μM METH did not interfere in U-118 glioblastoma cell viability, migration and cell cycle. In the same way, METH did not alter the effects induced by DOX or MTX on cell viability, migration, chemotaxis and cell cycle. However, METH by itself impaired the glioblastoma cells chemotaxis, having similar effects to those observed with DOX or MTX alone. Regarding DOX effects in glioblastoma cells, this drug was able to decrease cell viability, migration and chemotaxis and led to a cell cycle arrest at G2 phase and to a decrease on cyclin A expression. Similarly, MTX induced a decrease in glioblastoma cell viability, migration and chemotaxis and a cell cycle arrest in the S phase. Overall, we can conclude that both DOX and MTX have a toxic effect in glioblastoma cells and that METH, in a concentration that increases endothelial cellspermeability, does not interfere with DOX or MTX effect. Thus, we consider that this approach should be explored in order to clarify the use of METH as a therapeutic approach involving brain tumors.