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Toxicity of cannabidiol on brain cancer cells and murine mesencephalic primary cultures under inhibition of glycolysis
Sophie Svatunek
Rudolf Moldzio
Alois Strasser
Bachelor thesis - University of Veterinary Medicine Vienna - 2020
CBD, a constituent of the plant Cannabis sativa, has been described to exert a plethora of therapeutical effects. Especially its effects on cancer cells are of notable interest since CBD has shown to exert anticarcinogenic effects. Anti-proliferative effects were shown in lung, breast and brain cancer as well as tumours of the hematopoietic and lymphoid tissues in vivo and in vitro. Since the treatment with CBD in brain cancer revealed to inhibit mitochondrial respiratory chain significantly without affecting cell survival in these, we hypothesized that concomitant inhibition of glycolysis, the main energy-generating pathway in cancer, would decrease cell viability to a high extent and would ultimately lead to enhanced cell death. This study aimed to test, which concentration of CBD exerts anti-proliferative effects in glioma and neuroblastoma cells, if CBD-induced toxicity can be increased by partial inhibition of glycolysis and to which extent the reactions of glioma and neuroblastoma cells to the treatment with CBD with and without partial inhibition of glycolysis differ from each other. Therefore, cell viability was determined with measurement of LDH activity, which is an approved method of quantifying the amount of dead cells. When cells undergo necrosis or apoptosis, LDH is released into the surrounding fluid and the consumption of its metabolites can be measured. Overall cellular metabolism was determined with measurement of reduction of resazurin into resorufin by viable mitochondria. Quantification of surviving cells was conducted using BCA-Protein Assay. Our study reveals that CBD exerts toxic effects at 10 μM and the response to CBD-treatment is relatively similar in glioma and neuroblastoma cells. The cytotoxic effects of CBD cannot be augmented by concomitant partial inhibition of glycolysis by 10 mM 2-DG. Glioma cells react more sensitively to simultaneous treatment with CBD and 2-DG than the neuroblastoma cells do. The same difference is displayed after treatment with 2-DG alone. This comes along with previously made findings that glial cells depend more on glycolysis than neurons do and thus, an increased sensitivity to glucose deprivation stands to reason. Next, a study in which the cytotoxic effects of CBD under deprivation of glutamine are tested is necessary. Since cancer cells are capable of metabolise glutamine to a high extent in order to fulfil all requirements for extensive cell proliferation, a combination of CBD and a glutamine-low medium is proposed.
Bachelorarbeit - Veterinärmedizinische Universität Wien - 2020
CBD, eine Substanz aus der Pflanze Cannabis sativa, werden therapeutische Wirkungen in vielen verschiedenen Krankheiten nachgesagt. Besonders interessant sind die Auswirkungen auf Krebszellen. Das Wachstum und die Lebensfähigkeit jener konnte durch die Zugabe von CBD stark gehemmt werden. Dies wurde bereits in Tumoren der Lunge, der Brust, des Hirns und des Knochenmarks in vivo und in vitro nachgewiesen. Es konnte bereits gezeigt werden, dass die Behandlung von Hirntumoren mit CBD zu einer signifikanten Hemmung der mitochondrialen Atmungskette führt, ohne hierbei die Überlebensfähigkeit der Zellen zu beeinträchtigen. Daher haben wir die Hypothese aufgestellt, dass der toxische Effekt von CBD verstärkt werde, wenn zusätzlich die Glykolyse, der Hauptversorgungsweg in Krebszellen, gehemmt wird. Die Forschungsziele dieser Studie waren die folgenden: Welche CBD-Konzentration führt zu erheblichen toxischen Effekten in Gliomzellen und Neuroblastomzellen? Kann die toxische Wirkung von CBD durch partielle Blockade der Glykolyse verstärkt werden? Unterscheidet sich die Reaktion von Gliomzellen und Neuroblastomzellen auf die Behandlung von CBD mit und ohne partielle Blockade der Glykolyse? Um dies herauszufinden, wurde die Lebensfähigkeit der Zellen mittels Messung der LDH- Aktivität, eine anerkannte Methode, bestimmt. LDH wird in die umliegende Flüssigkeit freigesetzt, wenn Zellen sterben. Den Verbrauch der LDH-Metaboliten kann man messen. Um den Grad des geschädigten Metabolismus zu ermitteln, wurde die Reduktion von Resazurin zu Resorufin gemessen. Die Mitochondrien der metabolisch aktiven Zellen können Resazurin reduzieren und daher ist diese Methode ein verlässlicher Indikator hierfür. Um die überlebenden Zellen zu quantifizieren, wurde der BCA-Protein-Assay verwendet. Aus unseren Daten lässt sich schließen, dass CBD toxische Effekte bei einer Konzentration von 10 μM erzielt. Die Auswirkungen dieser Behandlung sind nahezu ident in Gliomzellen und Neuroblastomzellen. Die toxischen Effekte von CBD können nicht durch partielle Blockade der Glykolyse gehemmt werden. Jedoch reagieren Gliomzellen empfindlicher auf eine gleichzeitige Behandlung mit CBD und 2-DG als die Neuroblastomzellen. Dieselbe Reaktion lässt sich bei der 2-DG-Behandlung feststellen. Dies geht Hand in Hand mit zuvor durchgeführten Studien, die eine höhere glykolytische Aktivität in Glia-Zellen als in Neuronen nachgewiesen haben. Eine Studie, in der die Auswirkungen von CBD bei Entzug von Glutamin getestet werden, ist das nächste Ziel, da Krebszellen in der Lage sind weitaus mehr Glutamin als Energiequelle zu verwenden als gesunde Zelle
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2020
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