Zeitsehrift fiir Krebsforsehung 64, 305--312 (1961)

Aus dem P~thologisehen Institut der Universit/ig Miinehen (Direktor: Prof. Dr. BttXGELE~)

Carcinome des l~espirationstractus nach Behandlung yon (loldhamstern mit Di~ithylnitrosamin*

Von

W. DONTENWILL und U. MOnR Mit 6 Textabbildungen

(Eingegangen am 17. April 1961)

D~UCK~EY, SCHMXHL u n d SCltILI)BACH haben ki i rz l ich e rneut da r au f hinge- wiesen, dab sich die carcinogene W i r k u n g e indeut ig als F u n k t i o n der Summe aller Einzeldosen (Summat ionswirkung) erweist . F / i t ein bes t immtes Carcinogen ver laufen die Wi rkungsge raden der einzelnen I )os ierungen p rak t i s ch paral lel , sofern ein einhei t l iches T ie rma te r i a l ve rwende t wird. Sie haben dies a m Beispie l zweier Carcinogene demonst r ie r t , die nach ihrer chemischen N a t u r und nach ihren phys ika l i schen Eigenschaf ten sowie hinsicht l ich der Ar t der e rzeugten Tumoren v611ig verschieden sind. Zu ihren Unte r suchungen ve rw a nd t e n die Au- to ren das auch bei unseren Versuehen ve rabre ieh te Di/~thylni trosamin, das bei g a t t e n vorwiegend Lebercarc inome (ScHMiHL, PaEUS~aA~N und t I~ r~E~L) erzeugt i.

Bei eigenen Unte r suehungen ve rsuch ten wi t mi t dem bei der R a t t e wi rksamen Carcinogen D i i t h y l n i t r o s a m i n be im H a m s t e r Lebe r tumoren zu erzeugen. Zu unserer t~berraschung fanden wit bei den du tch Sondeni f i t te rung mi t Di/ i thyl- n i t rosamin behande l t en Tieren eine auBerordent l iche I-Iaufung yon Lnngen- u n d Trachea l tumoren neben Leberdys t roph ie u n d Cirrhosen. Bei Go ldhams te rn wur- den bisher nur ganz vereinzel t spon tane Adenoeare inome der Lunge beobaeh te t . DELLA PORT& KOLB und S H ~ B ~ gelang es durch in t r a t r achea le App l ika t i on yon D ime thy lbenzan th r acen bei H a m s t e r n P la t t enep i the lca rc inome zu erzeugen, die vom Bronchia lep i the l ausgingen.

Material und Methodilc

Minnliche, 10 Wochen Mte, teilweise kastrierte Goldhamster erhielten zweimal w6chenb lich 0,4 cm S einer wiiBrigen LSsung yon Diithylnitrosamin (1,0 cm 3 Diiithylnitros~min in 250 cm S W~sser gel6st) durch Schlundsonde. Die Sonde wurde bis in den 3/[agen eingeffihrt. Eine Zugabe des Carcinogens zum Trinkwasser oder mit dem Futter war nicht mSglich, da Goldhamster kaum Fliissigkei~ aufnehmen und das wasserlSsliche Carcinogen sich nicht in d~s Futter einbacken lietL Zur Kontrolle erhielten gleiehaltrige Versuchstiere eine ges5ttigte Tuschel6sung dm'eh Sehlundsonde, um das bei der Sondierung mSgliche EinflieBen der L6sung in das Tracheobronchialsystem zu kontrollieren. Bei tiglicher Tuscheinjektion durch Magen- sonde fanden sich sowohl in den Alveolen als auch in den Bronchial-Traehealepithelien Tuschepartikel.

* Die Untersuchungen wurden mit~ Unterstfitzung der l)eutschen Forschungsgesellsehaft durchgefiihrt.

i Fiir die Uberlassung yon Di~thylni~rosamin danken wir Herrn Prof. Dr. DRUCKREY und Herrn Dr. PI~EUSMANN.

306 w . DONTENWILL und U. Mon~:

Ergebnisse der Versuche Bei 21 m i t D i / i t h y l n i t r o s a m i n b e h a n d e l t e n T i e r e n l a n d sieh e ine w e i t g e h e n d

diffuse, z . T . papill/~re P l a t t e n e p i t h e l m e t a p l a s i e des T r a e h e o b r o n c h i a l e p i t h e l s

n a c h e ine r B e h a n d l u n g s d a u e r y o n e t w a 4 - - 1 9 W o e h e n . 37 T ie re ze ig ten n e b e n

P l a t t e n e p i t h e l m e t a p l a s i e n T r a c h e a l - ode r L u n g e n c a r c i n o m e . D e r e r s te T u m o r

w u r d e n a e h e iner B e h a n d l u n g s d a u e r y o n 7 W o c h e n beobachte~ . D ie / ib r igen

T u m o r e n w a r d e n n a c h 2--51/2 M o n a t e n f e s tges t e l l t (Tabel le) . D ie T ie re ver -

s t a r b e n e n t w e d e r an d e n F o l g e n der L u n g e n t u m o r e n ode r an d y s t r o p h i s c h e n

L e b e r v e r / i n d e r u n g e n . Be i den Tabelle T u m o r e n des obe ren Resp i r a -

Meta- Carcinome una t i o n s t r a k t e s (Abb. 1 u. 2) han - Ohne plasien, Metaplasien

Trachet~ de l t es s ich u m z .T . in f i l t r i e rend , Wo- Tier- Ver- oder Tra- chert zahl ~nde- Lunge Tra- chea vorwiegend aber exophyfisch

ru~g o~ne c~ea Lunge una wachsende , papi l l~re , t e i lweise Careinome Lunge

v e r h o r n t e P l a t t enep i~he l ca rc i -

l 2 2 . . . . h o m e ; bei den T u m o r e n der 2 2 2 . . . . B r o n c h i e n bzw. der L u n g e a m 3 - - - - 4 2 - - 2 _ v e r h o r n t e u n d n i e h t v e r h o r n t e

1 - - 1 - - - - - - P l a t t e n e p i t h e l c a r c i n o m e (Ab- 4 1 3 - - - - - - b i l d u n g 3). Die n ieh~verhorn -

7 3 1 1 - - 1 - - 8 7 1 6 - - - - - - t e n C a r c i n o m e der L u n g e n 9 3 1 - - 1 1 w a c h s e n in e i r izelnen A b s c h n i t -

l0 7 1 3 2 - - 1 11 4 1 1 1 1 t e n e n t l a n g der Alveolarw/~nde, 12 3 - - - - 1 1 1 so d a b z u s a m m e n m i t z e n t r M e n 13 2 - - 2 - - - - N e k r o s e n of t e in a d e n o m a t 6 s e r 14 3 - - 3 - - 15 3 1 1 1 C h a r a k t e r v o r g e t ~ u s c h t wird . 16 6 - - - - 3 1 2 S te l l enwe i se lassen die Carci- 17 . . . . . n o m e eine h o c h g r a d i g e kuge- 18 3 - - 3 - - 19 4 - - 1 1 2 l ige V e r h o r n u n g e rkennen . Die 20 4 - - - - 4 m e i s t e n T u m o r e n ze igen in 21 1 - - - - 1 22 4 . . . . . . 1 3 e inze lnen A b s c h n i t t e n d e u t l i c h

14 p l a t t e n e p i t h e l ~ h n l i c h e S t ruk - t u r en . Die C a r c i n o m e t r e t e n

h~uf ig an m e h r e r e n S te l l en g le ichze i t ig auf , b e i m f o r t g e s e h r i t f e n e n W a c h s t u m is t

d u r c h das K o n f l u i e r e n der T u m o r e n e ine A b g r e n z u n g n i ch t m e h r m6gl ich . N e b e n

den T u m o r e n f a n d sich bei a l len T i e r e n in der T r a c h e a u n d in den B r o n c h i e n

(Abb. 4 u. 5) e ine s t a rke P l a t t e n e p i t h e l m e t a l o l a s i e m i t e i n e m te i lwe ise sehr

p o l y m o r p h e n Zel lbi ld . I m Be re i ch de r Metap las i en , die n u t an fangs he rd f5 rmig , spi~ter d i f fus a u f t r a t e n , f a n d e n sich p o l y m o r p h e E p i t h e l i e n mix deu t l i che r Ver-

s ch i ebung de r K e r n - P l a s m a r e l a t i o n z u g u n s t e n des K e r n e s n e b e n s t a rk hype r -

c h r o m a t i s c h e n K e r n e n . I n den das L u m e n der T r a c h e a n n d B r o n c h i e n ein-

e n g e n d e n , z .T . s t a rk v e r h o r n e n d e n , pap i l l~ ren P l a t t e n e p i ~ h e l m e f a p l a s i e n konn~en

h/~ufig Mi tosen naehgewie sen werden .

Besprechung tier Be/unde N a c h B e h a n d l u n g y o n G o l d h a m s t e r n m i t D i ~ t h y l n i t r o s a m i n , e i n e m Carcino-

gen, das n a c h Dt~UCK:gEY, I)tCEUSMANN, SCtIMXI-IL u n d Mt~LLnR bei de r R a t t e als

Carcinome des Respirationstractus usw. 307

Abb. 1. E x o p h y t i s c h wachsendes P l a t t e n e p i t h e l c ~ r c i n o m der Trachea . ( B e h a n d l u n g s d a u e r 22 Wochen . ) Vergr . 42fach

Abb . 2. In f i l t r i e rend wachsendes T rachea l ca r c inom. ( B e h a n d l u n g s d a u e r 12 Wochen . ) Vergr . 150fach

ausgesprochenes Lebercarcinogen bezeichnet werden kann, entstanden in unseren Versuchen bei einem hohen Prozentsatz der Tiere Lungen- und Trachealtumoren ;

308 W. DOST~SWILL und U. Morro:

iiberraschend dabei war die im gleichen Zeitraum (bis 5 Monate) fehlende carcino- gene Wirkung in der Leber. Die Tumoren tra~en nach relativ kurzer Behandlungs- zei~ auf, bei sicher geringer, in der Lunge wirksamen Dosis, da wahrscheinlich nut die bei tier Sondierung in den Tracheobronchialbaum einlaufende Carcinogen- menge wirksam wird. Schon nach 4--6 Wochen land sich eine z. T. erhebliehe, meist diffuse Metaplasie des gesamten Traeheobronchialepithels. Der gesamte Traeheobronchialbaum, nur selden einzelne umschriebene Bezirke, zeig~e eine Auskleidung dutch teflweise polymorphes und herdfSrmig papills wueherndes Plattenepithel (Abb. 6). Die diffuse und z . T . papilloma~Sse Pla~tenepithel-

A b b . 3. H o c h g r a d i g ve rho rnendes , in f i l t r i e ren4 w a c h s e n d e s P l a t t e n e p i t h e l c a r c i n o m eines m i t t l e r e n B r o n c h u s . ( B e h a n d l u n g s d a u e r 16 Wochen . ) Vergr . 70fach

metaplasie fiihr~ bei einzehaen Fgllen zu hochgradiger Einengung des Tracheobron- chialbaums. Nach sehr kurzer Zeit (ira Vergleich zu ghnlichen Versuchen an M~usen) land sieh also eine diffuse Metaplasie am gesamten Tracheobronchial- epithel, ohne da$ dabei wesenthche en~zfindliche Reak~ionen auftre~en. Pneu- monien wurden bei den Tieren nur selten beobachte~. Demnach spielen ent- zfindliche Begleiterscheinungen bei der Genese tier Ver~nderungen am Respira- ~ionsepithel keine en~scheidende Rolle. Sehon nach 7--9 Wochen konnten die ersten infiltrativ wachsenden Carcinome nachgewiesen werden und nach einer Behandlungsdauer yon 5 l~onaten zeigten 36 der l~nger als 2 Monate behan- delten Versuchstiere Carcinome der Trachea und tier Lunge. Es handel~ sieh um sicher prim/~r mul~ipel auftre~ende Tumoren, z. T. nur in tier Trachea oder nut in der Lunge, z .T . gleichzeitig in Trachea und Lunge. Extrapulmonale Metastasen konn~en wir bisher noch nicht beobachten. In der Regel handel~ es sich um papill~r wachsende, mehr oder weniger verhornende Plattenepithel- carcinome, die s~ellenweise grof3e kugelige Hornmassen enthalten.

Carcinome des Respirationstractus usw. 309

Abb . 4. Papill '~re l~r des Bronchia lep i the l s m i t s t a r k e r E i n c n g u n g des Lumens . (Behand lungs4~ue r 8 Wochen . ) Vcrgr . 500f~ch

Abb. 5. Starke, das Lumen einengende Plattenepithehnetaplasie eines Bronchus. (Bchandlungsdauer 12 Wochen.) Vergr. 300fach

Bezfighch der Wirkung des Di~thylnitrosamin und der En~stehung bzw. der genetischen Abh~ngigkeit der Geschwulstbildung in der Lunge ergeben sich interessante Gesichtspunkte.

310 W. DO~ENWmL und U. )/[om~:

Des bei der Rathe als leberearcinogener Stoff bekannte Di/~thylnitrosamin er- zeugt beim Goldhamster in unseren Versuehen (Tiere bis zu einer Behandlungszeit yon 51/2 Monaten) vorwiegend eine Cirrhose. Da bisher nur einzelne Tiere die Behandlung und deren Folgen an der Leber, Trachea und Lunge lgnger als 5 Monate fiberlebten, kSnnen wir fiber die careinogene Wirkung des Digthyl- nitrosamin an der Leber noch keine absehlieBenden Aussagen machen. Die Appli- kation des Carcinogens dureh Sehlundsonde in den Magen 15st beim Hamster, mSglicherweise allein dureh die in den Traeheobronchialbaum einlaufende, geringe

Abb. 6. t IoehgTadige ve rhornende P la t tenepi the lmetap las ie der Trachea m i t s ta rker E inengnng des Lumens . (Behandlungsdauer 7 Woehen.) Vergr. 43faeh

Carcinogenmenge, eine, in der Zeitdauer der Entstchung und der Hgufigkeit des Auftretens, sehr bSsartige Neubildung aus. W/~hrend in den Versuehen yon MAGNUS bei gleieher Versuehsanordnung, bei M~usen dutch Dibenzanthrazen, die Tumoren der Lunge in etwa gleieher HKufigkeit erst nach 1 Jahr auftraten, sahen wit sehon naeh 3 Monaten bei 11 Tieren Carcinome. Eine Erkl~rung der unterschiedlichen Wirkungsweise des verabreiehten Carcinogens ist naeh unserer Meinung in der verschiedenen Empfindliehkeit des Bronchial- und Lebergewebes bei den einzelnen Versuehstieren bzw. Tierst~mmen zu suchen. W~hrend beim Hamster in der Leberzelle, offenbar wegen ihrer spezifischen Proteinstruktur (MILLE~ und MInL~) verschiedene Careinogene nicht wie bei der Rat te wirksam werden (Versuehe mit Dimethylaminoazobenzol und Aeetaminofluoren), finder sich am Traeheobronchialepithel des Hamsters eine noch st/~rkere Wirksamkeit des Di/~thylnitrosamin als an der Leber. UngewShnlieh ist die aul~erordentlieh starke Wirksamkeit der Substanz am gesamten Epithel bei so kurzer Behandlung, was besonders am Auftreten multipler Tumoren erkennbar ist. Bemerkenswert ist aueh der Tumortyp und dessen Genese. Fast alle Tumoren entwiekeln sich

Carcinome des Respirationstractus usw. 311

aus einem metaplastisch veranderten Epithel und zeigen Plattenepithelcharakter. Die Substanz ffihrt einheitlich zur Plattenepithelme~aplasie nnd daraus entstehen die oft multiplcn Geschwiilste.

Erst unsere weiteren Versuche kSnnen zeigen, ob es sich tats/ichhch um eine spezifische Reaktion der Hamsterlunge auf ein bestimmtes Carcinogen handelt, oder ob andere Carcinogene in der Lunge oder in anderen Organen /~hnliche Wirkungen hervorrufen.

Unsere Untersuchungen lassen erkennen, dal~ die vielf/~ltigen Versuchsergeb- nisse an Tieren fiber die Genese der Lungencarcinome nur mit Vorbehalten auf den Menschen fibertragen werden kSnnen. Sicher spricht vieles aueh beim Men- schen ffir eine genetische Abh/ingigkeit der Reaktion des Lungengewebes, worauf bereits K~O~I~G hinwies, da ja nur wenige aller starken Raucher an Bronchial- carcinomen erkranken. Die bei den verschiedenen Tierarten gefundenen Ver/~nde- rungen hinsichthch der Lokalisa$ion und des zeitliehen Auftretens der Tumoren in der Lunge bei bestimmten carcinogenen Stoffen, miissen zusammen mit der Verschiedenheit der bei den einzelnen Versuchen aufgetretenen Tumortypen vor zu verallgemeinernden Schliissen warnen. Bei der Maus entstehen dutch Behandlung mit verschiedenen Carcinogenen vorwiegend Adenoearcinome der Lunge, bei Ratte and Hamster vorwiegend Plattenepithelcarcinome. Die oft leichtfertig vorgebrachte Ansicht, dub beim Menschen einzelne Carcinomtypen durch bestimmte Einwirkungen entstehen - - z. B. das Haferzellcarcinom durch Carcinogene aus dem Zigarettenrauch - - , ist bis heute eine rein spekulative Be- hauptung. Bei der Testung versehiedener carcinogener Stoffe zeigt sich eine so stark unterschiedliche Reaktion der einzelnen Tierartcn und Tierst/~mme, daf~ eine verallgemeinernde Aussage nicht berectltigt ist.

Zusammenfassung M/~nnliche Goldhamster wurden durch Magensonde mit Di/~thylnitrosamin,

einem bei der Rat te stark Ieberwirksamen Carcinogen behandelt. Nach zwei- monatiger Behandlung zeigten 13 Tiere eine hochgradige diffuse z. T. papill~re Plattenepithelmetaplasie des Tracheobronchialbaumes. Die ersten Carcinome der Lunge traten, mit einer Ausnahme in der 7. Woche, nach 9 Wochen auf. Von den fiber 2 51/2 Monate behandelten Tieren zeigten 36 z. T. multiple Lungen- und Trachealcarcinome. Bei diesen Carcinomen handelt es sich um verhornte und unverhornte Plattenepithelearcinome. Bei der I)iskussion wird auf die gene- tisehen Faktoren bei der Carcinogenese in der Lunge eingegangen.

Summary By means of garage male gold hamsters were fed di-ethyl-nitrosamine, a potent

liver carcinogen in the rat. After two months of treatment a severe diffuse, in part papillary, squamous metaplasia of the tracheobronchial tree occurred in 13 animals. The first carcinoma of the hmg appeared after nine weeks with one exception in the 7th week. Of the animals treated from two to five and a half months 36 showed in part multiple pulmonary and tracheal carcinomas. These carcinomas were hornified and non-hornified squamous epithehal carcinomas. The genetic factors of carcinogenesis of the lung are discussed.

312 W. Do~n~wn~L und U. Mon~: Carcinome des Respirationstractus usw.

Literatur D~Lr~A POlCTA, G., L. KOLB and P~. SEUBrK: Induction of tracheobronchial carcinomas in

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SC~M):HL, D., R. PREUSMANN U. H. HAMPEl~L: Naturwissenschaften 47, 89 (1960).

Prof. Dr. W. DONT~NWILL, Pathologisches Institut der Universitgt, Miinehen 15,

Thalkirchner Str. 36