Date of Award

9-2021

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Medical Sciences (MSMS)

Department

Pharmacology and Therapeutics

First Advisor

Professor Samir Attoub

Abstract

Lung cancer is the second most common form of cancer with the highest mortality rate worldwide in 2020 despite the advances in targeted- and immuno-therapies. Metabolic reprogramming has been recognized as an essential emerging cancer hallmark in which altered metabolic pathways represent an attractive therapeutic target. Sodium Dichloroacetate (DCA), a pyruvate dehydrogenase kinase (PDK) inhibitor, effect has been investigated in various tumors. Building on the already published data, this pre-clinical study aims to explore the anticancer potential of DCA in lung cancer alone and in combination with chemo- and targeted therapies using two non-small cell lung cancer (NSCLC) cell lines namely, A549 and LNM35.

This project was addressed through the investigation of the impact of DCA on lung cancer cell viability, migration, invasion, and colony growth in-vitro and on tumor growth and metastasis using the chick embryo chorioallantoic membrane (CAM) and the nude mice models in-vivo. The anti-angiogenic potential of DCA, its safety profile, and the impact of its combination with the proposed chemotherapy and first-generation EGFR tyrosine kinase inhibitors (EGFR-TKi) were also investigated.

This study demonstrated that DCA causes a concentration- and time-dependent decrease in the viability of A549 and LNM35 cells and the growth of their colonies in-vitro. Similarly, DCA slow-down the growth of A549 and LNM35 tumor xenografts in both the chick embryo CAM and nude mice models in-vivo. DCA decreases the angiogenic capacity of human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) in-vitro by decreasing HUVECs tube formation and sprouting, suggesting the inhibition of tumor angiogenesis as a potential mechanism behind its anti-tumor growth effect. On the other hand, DCA did not inhibit the in-vitro migration and invasion and the in-vivo incidence and growth of lymph nodes metastases in nude mice xenografted with the highly metastatic lung cancer cells LNM35. Treatment with DCA did not show any significant side effects on the chick embryos viability or on the nude mice weight and survival. In addition, blood, kidney, and liver function tests showed no toxicity with DCA when compared to the control group. Finally, DCA significantly enhanced the anticancer effect of cisplatin in LNM35, gefitinib and erlotinib in both cell lines. In summary, these findings demonstrate that DCA is a safe and promising therapeutic agent for lung cancer and pave the way for further pre-clinical studies validating the impact of DCA in combination with not only the first generation but also the second and third generation of EGFR-Tki in-vivo.

Arabic Abstract

سرطان الرئة هو ثاني أكثر أنواع السرطانات انتشارًا مع أعلى معدل للوفيات في العالم خلال عام 2020، وهذا بالرغم من التقدم الهائل في العلاجات الإنتقالية (Targeted Therapy) والأدوية المناعية (Immunotherapy). البرمجة الأيضية المُعدلة (Metabolic Reprogramming) تعتبر هي إحدى مميزات مرض السرطان كسرطان الرئة حيث تعتبر المسارات الأيضية المُعدلة في السرطان هدف مميز للعلاج. فاعلية ثاني كلور أسيتات الصوديوم (DCA)، مثبط إنزيم (PDK)، أختبرت في مختلف أنواع السرطان. بناءً على بعض الدراسات، تهدف هذه الدراسة إلى اختبار تأثير هذا الدواء على سرطان الرئة عندما يستخدم منفردًا أو منجمعًا مع العلاج الكيماوي (Chemotherapy) و العلاجات الإنتقائية (Targeted Therapy) وذلك بإستخدام نوعان من خلايا سرطان الرئة ذو الخلايا غير الصغيرة (A549) و(LNM35).

تضمنت هذه الدراسة اختبار مفعول هذا الدواء على قابلية الخلايا المذكورة على الحياة و النمو (Cellular viability)، نمو المستعمرات السرطانية (Colony growth)، هجرة و غزو الخلايا السرطانية (Migration) و (Invasion) إضافة إلى نمو الورم السرطاني في الفئران و على الغشاء المشيمي لفرخ الدجاجة (Chick Embryo Chorioallantoic Membrane). علاوة إلى ذلك ، اختبار تأثير هذا الدواء على تكوين الأوعية (Angiogenesis)، سُميته و تأثيره على مفعول العلاج الكيمياوي و الجيل الأول من الأدوية المثبطة لمستقبلات الـ(EGF).

أظهرت هذه الدراسة قدرة ثاني كلور أسيتات الصوديوم (DCA) لتقليل قابلية خلايا سرطان الرئة للحياة و النمو وتكوين المستعمرات السرطانية مختبرياً و ذلك اعتمادًا على تركيز ومدة العلاج. كما أظهرت فعالية الدواء في تقليل نمو الورم السرطاني في الفئران والغشاء المشيمي لفرخ الدجاج و قد أظهرت الدراسة قدرة الدواء على منع تكوين الأوعية الدموية مختبرياً والتي قد تكون آلية مقترحة لعمل هذا الدواء في خلايا سرطان الرئة. في المقابل، لم يظهر الدواء فعالية في تقليل هجرة وغزو الخلايا السرطانية مختبرياً وانتشارها في الفئران. ثاني كلور أسيتات الصوديوم (DCA) لم يظهر أي تأثير سلبي على حياة فرخ الدجاجة أو الفئران و لم يظهر أي تأثير سلبي في صورالدم ووظائف الكبد و الكلى. و أخيراً، استخدام هذا الدواء مع بعض العلاجات المستخدمة لسرطان الرئة أظهرت قدرة ثاني كلور أسيتات الصوديوم (DCA) على تحسين فاعلية دواء (Cisplatin) ضد أحد الأنواع المستخدمة من خلايا سرطان الرئة والمعروفة باسم سرطان الخلايا الكبيرة (Large Cell Carcinoma – LNM35)، والأدوية الإنتقائية (Erlotinib) و(Gefitinib) في كلا النوعين من الخلايا المستخدمة. هذه الدراسة أثبتت أمان وفاعلية ثاني كلور أسيتات الصوديوم (DCA) ضد سرطان الرئة عندما يستخدم وحيداً أو مع بعض الأدوية المثبتية و بهذا تعتبر هذه الدراسة تمهيد لدراسات مستقبلية للتحقق من تأثير ثاني كلور أسيتات الصوديوم (DCA) على مفعول الجيل الأول من الأدوية الإنتقائية المثبطة لمستقبلات الـ(EGF) في جسم الكائن الحي إضافة إلى الجيل الثاني و الثالث من هذه الأدوية الإنتقائية المثبطة.

Download
COinS