Re-entry of resting leukaemic blood cells into proliferation in human acute leukaemia during diffusion chamber culture

Summary From 17 patients with different forms of acute leukaemia, mononuclear blood cells were cultured in diffusion chambers (DC) implanted intraperitoneally into pre-irradiated mice. In 14 patients, growth of blast cells could be observed during the culture period of up to 21 days. To question whether this growth of blast cells was due only to proliferation of the initially proliferating fraction or whether a re-entry of resting leukaemic cells into proliferation was involved, various³H-thymidine (³H-TdR) labelling studies were carried out. The absolute increase of blast cells in DC showed no correlation with the fraction of leukaemic blast cells in DNA-synthesis in the implanted cell suspension as measured by³H-TdR labelling in vitro. Further-more, in 2 patients where the kinetic behaviour of initially labelled leukaemic blast cells was followed during DC culture, the increase in total blast cells could only be attributed to a small extent to proliferation of those cells initially in the cell cycle. Lastly, in vivo labelling during the culture period showed that in one case 25% and in another case 60% of the blast cells in DC were proliferating. The conclusion is that, owing to the stimulation of the diffusion chamber milieu and possibly also due to removal of an in vivo inhibition, in most cases of acute leukaemia resting leukaemic blast cells can apparently re-enter the active cell cycle. This has relevance for an understanding of the self-maintenance of the leukaemic cell population and may also be a reason for relapse of leukaemia after the usual cytostatic drug treatment which affects mainly the proliferating leukaemic cells.

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Zusammenfassung Von 17 Patienten mit verschiedenen Formen der akuten Leukämie wurden mononukleäre Blutzellen in Diffusionskammern, welche intraperitoneal in vorbestrahlte Mäuse implantiert wurden, kultiviert. Bei 14 Patienten fand sich ein Wachstum von Blasten während der Kulturperiode. Zur Frage, ob dieses Blastenwachstum allein durch Teilung der zu Beginn in Proliferation befindlichen Zellpopulation erklärt werden kann oder ob zusätzlich ein Wiedereintritt leukämischer Zellen in Proliferation postuliert werden muß, wurden verschiedene³H-Thymidinuntersuchungen durchgeführt. Es zeigte sich, daß keine Korrelation zwischen absoluter Zunahme der Blasten und Anzahl der implantierten leukämischen Zellen in DNA-Synthese, gemessen am³H-Thymidinmarkierungsindex des peripheren Blutes, bestand. Bei 2 Patienten, bei denen³H-Thymidin-markierte Zellen in Diffusionskammern implantiert wurden, konnte der Blastenanstieg nur teilweise durch eine Proliferation dieser Zellen erklärt werden. Außerdem stieg der in vivo-³HTdR-Markierungsindex der Blasten während der Diffusionskammerkultur bei 2 weiteren Patienten auf 25 bzw. 60% an. Auf Grund dieser Befunde muß man annehmen, daß durch die Stimulationsbedingungen der Diffusionskammer, möglicherweise zusätzlich durch den Wegfall einer in vivo wirksamen Inhibition, ruhende Leukämiezellen wieder aktiv in Proliferation eintreten. Dieser Befund ist nicht nur relevant für das Verständnis der Leukämiezellvermehrung, sondern könnte auch erklären, warum es nach einer Chemotherapie, die hauptsächlich proliferierende Zellen zerstört, zu einem Rezidiv kommt. Andererseits werden therapeutische strategische Konzepte bei der akuten Leukämie, die auf einem Wiedereintritt leukämischer Ruhezellen in Proliferation basieren, theoretisch unterstützt.