Tierärztliche Hochschule Hannover Untersuchungen zu Zytostatikarückständen in Serum und Urin bei Hunden mit Tumorerkrankungen während und nach Chemotherapie INAUGURAL – DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin -Doctor medicinae veterinariae- (Dr. med. vet.) vorgelegt von Anna Katharina Felicitas Knobloch Brilon Hannover 2010
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Tierärztliche Hochschule Hannover · Zytostatika und dabei anfallenden Abfallprodukten veröffentlicht. Diesen Protokollen liegen humanmedizinische Richtlinien, unter anderem des
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Tierärztliche Hochschule Hannover
Untersuchungen zu Zytostatikarückständen in Serum und Urin bei Hunden mit Tumorerkrankungen
während und nach Chemotherapie
INAUGURAL – DISSERTATION
zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin
-Doctor medicinae veterinariae-
(Dr. med. vet.)
vorgelegt von
Anna Katharina Felicitas Knobloch
Brilon
Hannover 2010
Wissenschaftliche Betreuung: Univ. Prof. Dr. med. vet. Ingo Nolte Klinik für Kleintiere Tierärztliche Hochschule Hannover
1. Gutachter: Univ. Prof. Dr. med. vet. Ingo Nolte
2. Gutachter: Univ. Prof. Dr. med. vet. Manfred Kietzmann
Tag der mündlichen Prüfung: 19.05.2010
Das Projekt, in dessen Rahmen diese Arbeit entstanden ist, wurde gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG SI 1412/1-1, HA 3343/2-1).
MEINEN LIEBEN ELTERN
Diese Dissertation basiert auf zwei Veröffentlichungen in international anerkannten wissenschaftlichen Zeitschriften mit Gutachtersystem (peer review).
INHALT:
I. Einleitung ....................................................................................................... 1
II. Zusammenfassung der Ergebnisse beider Studien .................................... 4
III. Übergreifende Diskussion ............................................................................ 7
IV. Publikationen ............................................................................................... 16
1. Drug residues in serum of dogs receiving anti-cancer chemotherapy
2. Cytotoxic drug residues in urine of dogs receiving anti-cancer
chemotherapy
V. Zusammenfassung (englisch) ..................................................................... 17
VI. Zusammenfassung (deutsch)...................................................................... 19
VII. Schrifttumsverzeichnis ................................................................................ 21
VIII. Abkürzungsverzeichnis ............................................................................... 32
IX. Verlagsbestätigungen ................................................................................. 33
X. Weitere Publikationen im Rahmen dieser Arbeit ....................................... 34
XI. Danksagung .................................................................................................. 35
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I. Einleitung
Chemotherapien werden zur Behandlung chemosensitiver Tumorerkrankungen, als
adjuvante Therapie bei mikroskopischer Tumorerkrankung und als Sensitizer in der
Radiotherapie eingesetzt (CHUN et al. 2001). Auf Grund dieser vielfältigen
Einsatzgebiete werden Chemotherapien auch in der Veterinärmedizin zunehmend
häufiger zur Behandlung einer Vielzahl von Neoplasien eingesetzt (ALBRECHT
1992, HAHN u. RICHARDSON 1995). Die Verteilung der Zytostatika im Organismus,
ihr Metabolismus und schließlich ihre Ausscheidung unterscheiden sich in
Abhängigkeit von der Art des Chemotherapeutikums (MOORE u. ERLICHMAN
1998).
In der Humanmedizin haben verschiedene Studien gezeigt, dass
Krankenhauspersonal auf onkologischen Stationen zytotoxischen Substanzen
ausgesetzt sein kann (SESSINK et al. 1992, 1994; ENSSLIN et al. 1994, 1997;
BURGAZ et al. 1999; PETHRAN et al. 2003; FRANSMAN et al. 2004, 2005, 2007).
Der Kontakt kann sowohl teratogene (SELEVAN et al. 1985; STÜCKER et al. 1990)
als auch mutagene (WAKSVIK et al. 1981; POHLOVÀ et al. 1986; MILKOVIC-
KRAUS u. HORVAT 1991; SARDAS et al. 1991; GOLONI-BERTOLLO et al. 1992;
SESSINK et al. 1994) Effekte hervorrufen. Die zunehmend häufigere Durchführung
von Chemotherapien in der Kleintiermedizin wirft die Frage auf, inwieweit
Zytostatikarückstände in Se- und Exkreten entsprechend behandelter Patienten
potentielle Gesundheitsrisiken für den Menschen und Umweltgefahren darstellen.
In Ermangelung veterinärmedizinischer Studien über Rückstände dieser Substanzen
basieren Richtlinien für den Umgang mit Chemotherapien in der Veterinärmedizin
derzeit auf Empfehlungen für die Humanmedizin. In einem ersten Dokument für die
Veterinärmedizin hat das European College of Veterinary Internal Medicine of
Companion Animals (ECVIM-CA) entsprechende Protokolle für den Umgang mit
Zytostatika und dabei anfallenden Abfallprodukten veröffentlicht. Diesen Protokollen
liegen humanmedizinische Richtlinien, unter anderem des NIOSH (National Institute
for Occupational Safety on Health) und des MARC (Management and Awareness of
Risks of Cytotoxic Handling) zugrunde (ECVIM-CA 2007).
2
Wegen der guten Wirksamkeit von Chemotherapien beim malignen Lymphom und
bei metastasierten Mastzelltumoren des Hundes stellen diese Tumorerkrankungen
häufige Indikationen für die Anwendung von Zytostatika in der Veterinärmedizin dar.
Das Lymphom ist eine der häufigsten Neoplasien des Hundes (DORN et al. 1968;
DORN et al. 1970). Diverse Chemotherapieprotokolle zur Behandlung dieser
neoplastischen Erkrankung wurden bis heute veröffentlicht (ZEMANN et al. 1998;
CHUN et al. 2000; BOYCE u. KITCHELL 2000; MOORE et al. 2001; GARRETT et al.
2002; SIMON et. al. 2006, SIMON et al. 2008). Viele dieser
Kombinationschemotherapieprotokolle enthalten unter anderem die Zytostatika
Asparaginase, Cyclophosphamid, Vincristin und Doxorubicin.
Mastzelltumoren repräsentieren den zweithäufigsten Tumor beim Hund und den
häufigsten Hauttumor des Hundes (DORN et al. 1968; PRIESTER 1973; VAIL 1996).
Da bis zu 40% dieser Tumoren high-grade oder undifferenziert sind (HOTTENDORF
u. NIELSEN 1967; BOSTOCK 1973; PATNAIK et al. 1984), und für undifferenzierte
Mastzelltumoren eine Metastasierungsrate bis zu 96% (BOSTOCK 1973; VAIL 1996)
beschrieben ist, haben diverse Studien den Einsatz von Chemotherapien zur
Behandlung von Mastzelltumoren untersucht (THAMM et al. 1999; DAVIES et al.
2004; THAMM et al. 2006; CAMPS-PALAU et al. 2007; MARCONATO et al. 2008;
RASSNICK et al. 2008). Auch wenn zu erwarten ist, dass die Entwicklung von
Tyrosin-Kinase-Inhibitoren als alternative Behandlungsmethode von high-grade
Mastzelltumoren die Einsatzhäufigkeit reduzieren wird, werden sich
Patientenbesitzer, oftmals aus finanziellen Gründen, auch weiterhin für eine
Chemotherapie entscheiden (HAHN et al. 2008).
Die meisten Chemotherapieprotokolle, sowohl zur Behandlung von Lymphomen, als
auch in der Therapie von Mastzelltumoren, sehen vor, dass die Patienten eine
Woche nach der Chemotherapie zur Laborkontrolle vorgestellt werden. Das
Vorkommen von Zytostatikarückständen im Serum chemotherapeutisch behandelter
Hunde würde für Tierärzte und Laborpersonal durch den Umgang mit den Blutproben
eine potentielle Kontaminationsgefahr und infolgedessen das Risiko einer
Gesundheitsgefährdung bedeuten. Um derartige Risiken in Zukunft besser erfassen
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und beurteilen zu können, verfolgt die erste Studie das Ziel, durch eine quantitative
Analyse das Vorkommen von Zytostatikarückständen im Serum von Hunden sieben
Tage nach der Chemotherapie zu untersuchen.
Da die Patienten die Klinik in der Regel nach der Behandlung mit ihren Besitzern
verlassen, könnte weiterhin das Vorkommen von Zytostatikarückständen im Urin der
Tiere eine Gefährdung für Beitzer und andere Personen mit Kontakt zu derart
behandelten Hunden darstellen. Daher befasst sich die zweite Studie, die in diese
Arbeit einfließt, mit der Untersuchung von Zytostatikarückständen im Urin zu
unterschiedlichen Zeitpunkten nach der Chemotherapie.
Die Ergebnisse der im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen sollen
zur Charakterisierung möglicher Gesundheitsrisiken im Zusammenhang mit dem
Einsatz von Chemotherapien in der Veterinärmedizin beitragen.
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II. Zusammenfassung der Ergebnisse beider Studien
Serum
Es wurden 33 Serumproben, die wenige Minuten nach der Chemotherapie
gewonnen wurden, analysiert. Diese dienten als Vergleichsmessungen für die
Proben, die sieben Tage nach erfolgter Behandlung entnommen wurden. Die
gemessenen Zytostatikakonzentrationen variierten in Abhängigkeit der jeweiligen
Substanz. Die medianen Serumkonzentrationen lagen nach Vincristin bei 37,0 µg/L
(range: 11,0-87,0 µg/L), nach Vinblastin bei 13,0 µg/L (range: 13,0-35,0 µg/L), nach
Cyclophosphamid bei 2484,0 µg/L (range: 1209,0-2778,0 µg/L) und nach
Doxorubicin bei 404,0 µg/L (range: 234,0-528,0 µg/L).
Insgesamt wurden 81 Serumproben analysiert, die entweder sieben Tage nach der
Applikation von Vincristin, Doxorubicin oder Cyclophosphamid (Lymphompatienten),
oder sieben Tage nach der intravenösen Applikation von Vinblastin und gleichzeitig
ein bis zwei Tage nach der oralen Gabe von Cyclophosphamid
(Mastzelltumorpatienten) gewonnen wurden. Von diesen Proben konnten in einer
Probe Vinblastinrückstände in einer Konzentration von 7,0 µg/L und in zwei Proben
Cyclophosphamidrückstände in den Konzentrationen 7,0 µg/L und 8,0 µg/L
nachgewiesen werden. In allen anderen Proben lagen die
Rückstandskonzentrationen unter der Nachweisgrenze.
Urin
Insgesamt wurden 666 quantitative Analysen zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach
der Applikation der Substanzen Vincristin, Vinblastin, Doxorubicin und
Cyclophosphamid durchgeführt.
Cyclophosphamid: 203 Proben wurden auf Rückstände von Cyclophosphamid
untersucht. 174 Proben waren von Hunden zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach
der intravenösen Injektion von 200 mg/m2 Cyclophosphamid gewonnen worden. 29
Proben wurden zu verschiedenen Zeitpunkten nach oraler Cyclophosphamidgabe
(50 mg/m2) entnommen. Die mediane Cyclophosphamidkonzentration wenige
5
Minuten nach intravenöser Injektion betrug 398,2 µg/L (range: 1,2-2582,7 µg/L).
Schon an den Tagen 1, 2 und 3 nach der Chemotherapie lagen die medianen
Urinkonzentrationen unterhalb der Nachweisgrenze. Die medianen Konzentrationen
von Cyclophosphamidrückständen 1-2 Tage nach oraler Applikation lagen ebenfalls
unter der Nachweisgrenze.
Vincristin: Es wurden 235 Proben zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach der
intravenösen Injektion von 0,7 mg/m2 Vincristin untersucht. Die mediane
Vincristinkonzentration im Urin lag wenige Minuten nach der Chemotherapie bei 53,8
µg/L (range: 3,9-149,2 µg/L). An den Tagen 1, 2 und 3 lagen die medianen
Konzentrationen der gemessenen Vincristinrückstände bei 20,2 µg/L (range: 1,2-63,2
µg/L), 11,4 µg/L (range: 1,0-36.3 µg/L) und 6,6 µg/L (0,5-25,5 µg/L). An den Tagen 7,
10, 14 und 21 nach der Chemotherapie befanden sich die medianen
Vincristinurinkonzentrationen unterhalb der Nachweisgrenze.
Vinblastin: Insgesamt wurden 33 Proben zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach der
intravenösen Injektion von Vinblastin in einer Dosierung von 2 mg/m2 auf
Vinblastinrückstände untersucht. Die mediane Vinblastinurinkonzentration direkt
nach der Chemotherapie betrug 144,9 µg/L (range: 77,9-305,3 µg/L). An den Tagen
1, 2 und 3 nach der Vinblastinapplikation konnten mediane Vinblastinkonzentrationen
von 70,8 µg/L (range: 36,6-111,3 µg/L), 35,6 µg/L (range: 25,2-115,3 µg/L) und 18,7
µg/L (range: 13,2-34,4 µg/L) im Urin gemessen werden. Sieben Tage nach der
Chemotherapie mit Vinblastin betrug die mediane Urinkonzentration der gemessenen
Vinblastinrückstände 3,7 µg/L (range: 0,5-8,3 µg/L). Eine einzelne Probe, die 14
Tage nach der Vinblastinapplikation gewonnen worden war, enthielt
Vinblastinrückstände in Höhe von 0,5 µg/L.
Doxorubicin: 195 Urinproben nach intravenöser Injektion von 30 mg/m2 Doxorubicin
standen zur Untersuchung auf Doxorubicinrückstände zur Verfügung. Wenige
Minuten nach der Infusion von Doxorubicin lag die mediane
Doxorubicinkonzentration bei 354,0 µg/L (range: 102,5-3630,7 µg/L). An den Tagen
1, 2 und 3 nach der Doxorubicininfusion betrugen die medianen
nachweisbare Menge dieser Substanzen als potentiell gesundheitsgefährlich
angesehen werden. Unter Beachtung, dass Patienten in der Veterinärmedizin in der
Regel geringere Mengen der Chemotherapeutika erhalten als Patienten in der
Humanmedizin (RUSLANDER 2005), weil niedrigere Dosierungen eingesetzt werden
und die Körpergewichte der Tiere geringer sind, können niedrigere
Rückstandskonzentrationen erwartet werden als in der Humanmedizin. Es bleibt
unklar, ob in der vorliegenden Arbeit die Proben mit Messergebnissen unterhalb der
festgesetzten Nachweisgrenzen wirklich frei von Rückständen der entsprechenden
Zytostatika sind. Verbesserte Messmethoden mit geringeren Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen würden diesen Faktor präzisieren. Auf der anderen Seite ist
unklar, inwiefern die gemessenen Rückstandskonzentrationen überhaupt hoch
genug sind, um ein Gesundheitsrisiko für den Menschen darzustellen. Dieser Aspekt
kann in der vorliegenden Arbeit nicht letztendlich geklärt werden. Daher müssen
weiterführende Studien Mutagenitätsprüfungen mit Zytostatikadosierungen in Höhe
der nachgewiesenen Konzentrationen beinhalten. Erst dadurch wird es möglich sein,
potentielle Gefahren ausgehend von Zytostatikarückständen im Serum und im Urin
näher zu definieren. So lange entsprechende Daten noch nicht zur Verfügung
stehen, sollte Urin und Serum von Hunden, die mit den zytotoxischen Substanzen
Vincristin, Vinblastin, Cyclophosphamid und Doxorubicin behandelt werden,
innerhalb der Zeiträume, in denen in dieser aktuellen Studie Zytostatikarückstände
nachgewiesen werden konnten, mit entsprechender Vorsicht und entsprechend den
Richtlinien für den Umgang mit Chemotherapien in der Veterinärmedizin behandelt
werden.
15
Diese Arbeit stellt einen ersten wichtigen Schritt zur Charakterisierung von
Zytostatikarückständen in Se- und Exkreten von Hunden während und nach der
Chemotherapie dar. Die Ergebnisse tragen dazu bei, bestehende Richtlinien für die
Veterinärmedizin anzupassen und damit das Expositionsrisiko für den Menschen zu
reduzieren, um so zu einem sichereren Umgang mit Chemotherapien in der
Veterinärmedizin zu führen.
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IV. Publikationen
Der selbstständige Anteil an diesen Publikationen umfasst die Probenakquise, die Auswertung der Ergebnisse und Literaturrecherche und die Verfassung beider Publikationen als Hauptautorin.
1. KNOBLOCH, A., S. A. I. MOHRING, N. EBERLE, I. NOLTE, G. HAMSCHER, D. SIMON (2010):
Drug residues in serum of dogs receiving anticancer chemotherapy.
J.Vet.Intern.Med. 24, 379-383
2. KNOBLOCH, A., S. A. I. MOHRING, N. EBERLE, I. NOLTE, G. HAMSCHER, D. SIMON (2010):
Cytotoxic drug residues in urine of dogs receiving anticancer chemotherapy.
J.Vet.Intern.Med. 24, 384-390
17
V. Zusammenfassung (englisch)
Anna Katharina Felicitas Knobloch (2010): Evaluation of drug residues in serum and urine of dogs receiving anti-cancer
chemotherapy
The presence of drug residues in serum and urine of chemotherapeutically treated
dogs may represent an occupational hazard. However, studies on cytotoxic drug
residues in serum and urine of clinical patients are lacking in veterinary oncology.
Therefore, the objective of the two studies was the quantitative analysis of cytotoxic
drug residues in serum of dogs seven days after treatment and in urine at different
timepoints following treatment, in order to evaluate possible occupational hazards
associated with chemotherapy in veterinary medicine.
Client-owned canine cancer patients treated for lymphoma or mast cell tumors with
the chemotherapeutic agents vincristine, vinblastine, cyclophosphamide, or
doxorubicin were eligible for these studies.
Measurement of vincristine, vinblastine, cyclophosphamide and doxorubicin residues
in serum and urine was performed by liquid chromatography tandem mass
spectrometry (LC/MS/MS).
In the first study evaluating drug residues in serum the mean serum concentrations of
Publikationen: 1. G Hamscher, SAI Mohring, A Knobloch, N Eberle, H Nau, I Nolte, D Simon (2010) Determination of drug residues in urine of dogs receiving anti-cancer
chemotherapy: is there an environmental or occupational risk?
J.Anal.Toxicol. accepted for publication November 15th, 2009
Vorträge:
1. A Knobloch, SAI Mohring, N Eberle, I Nolte, G Hamscher, D Simon (2008):
Analysis of drug residues in serum of dogs receiving anti-cancer chemotherapy 18th ECVIM-CA Congress in Ghent (4-6th September 2008)
2. A Knobloch, SAI Mohring, N Eberle, I Nolte, G Hamscher, D Simon (2009):
Untersuchungen von Zytostatikarückständen im Serum von Hunden nach Chemotherapie InnLab-Tagung in Berlin (31. Januar-1. Februar 2009)
3. A. Knobloch, SAI Mohring, N Eberle, I Nolte, G Hamscher, D Simon (2010): Belastung von Patient und Umwelt durch Chemotherapeutika Leipziger Tierärztekongress (21. Januar-23. Januar 2010)
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X. Danksagung
Zunächst möchte ich Herrn Prof. Dr. Ingo Nolte dafür danken, dass ich meine
Dissertation in der Klinik für Kleintiere anfertigen durfte. Ich bedanke mich für die
freundliche, wissenschaftliche Betreuung.
Ein ganz herzliches Dankeschön gilt Frau Dr. Daniela Simon für die Überlassung des
interessanten Themas. Ich bedanke mich für die unerschöpfliche Geduld bei dem
Erstellen der unzähligen Graphiken und den immer wieder notwendigen Korrekturen.
Ich danke dir für jegliche Unterstützung bei dieser Arbeit und darüberhinaus für die
unschätzbar wertvolle Starthilfe in mein Berufsleben.
Mein ganz besonderer Dank gilt Frau Dr. Nina Eberle, die mir in den zweieinhalb
Jahren meiner Promotion immer zur Seite gestanden hat. Bei Problemstellungen
jeglicher Art war sie mir zu jeder Zeit eine große Hilfe und ihrem unermüdlichen
Engagement verdanke ich eine exzellente klinische Ausbildung. Ich habe
wissenschaftlich und menschlich viel von ihr gelernt. Vielen Dank für die sehr schöne
und fröhliche Zeit unserer Zusammenarbeit, in der wir viel Spaß hatten und in der du
mir eine gute Freundin geworden bist.
Weiterhin möchte ich mich bei Frau Alexa Jötzke und Frau Caroline Berg für die gute
Zusammenarbeit und die Mithilfe bei der Probensammlung bedanken. Alexa hat mir
darüberhinaus stets ihre Unterstützung bei Computerfragen gewährt. Vielen Dank
dafür. Auch über alltägliche Kuriositäten habe ich viel von dir gelernt.
Hervorheben möchte ich auch die freundliche Zusammenarbeit mit Herrn Prof. Dr.
Gerd Hamscher und Frau Siegrun Mohring, für die ich mich ebenfalls bedanke.
Ich danke von ganzem Herzen meinen Eltern für die Hilfe bei der Verwirklichung
meines Kindheitstraumes. Erst durch ihre uneingeschränkte moralische und
finanzielle Unterstützung waren mein Studium und die Anfertigung dieser Arbeit
möglich. Danke, dass ihr immer für mich da seid. Weiterhin möchte ich mich bei
meinen Geschwistern Julien und Rebecca dafür bedanken, dass sie mir immer
wichtige und anteilnehmende Gesprächspartner und über das geschwisterliche
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Verhältnis hinaus gute Freunde sind. Meinem Bruder Tobias danke ich für den
Ansporn, der mir die Fertigstellung seiner eigenen Dissertation war.
Abschließend möchte ich mich bei meinem Freund Nicolas für das kritische
Korrekturlesen und die vielen anregenden Diskussionen bedanken. Ich danke dir von
ganzem Herzen für deine wertvolle und stets liebevolle Unterstützung, dein
Verständnis und deine unendliche Geduld. Schön, dass es dich gibt!