Effect of colchicine on the proliferation, migration and ultrastructural characteristics of smooth muscle cells cultured from human arteriosclerotic lesions

Abstract

The proliferative and migratory activity of vascular smooth muscle cells are currently under discussion as determinants of human plaque and restenosis formation. Influencing these determinants by drugs might result in an antiarteriosclerotic effect. Plaque tissue was removed from peripheral as well as coronary lesions of a total of 18 patients to cultivate smooth muscle cells (SMC) for subsequent in vitro studies. The antitubulin colchicine (C) caused a small increase (18%) of the SMC number at C-concentrations between 10⁻⁹ and 10⁻⁸ M; at C > 10⁻⁸M a decrease of the SMC proliferative activity was observed (IC₅₀: 3 × 10⁻⁸ M). Migrational activity was analysed by a standardized semi-automatic video system. This parameter was reduced by C in a concentration-dependent manner (IC₅₀: 3 × 10⁻⁹ M). As shown by immunofluorescence microscopy, microtubuli of C-treated SMCs were collapsed, whereas the pattern of a-actin filaments remained unaltered. Transmission electron microscopy revealed that the typical structure of microtubuli was diminished after addition of C, and that a distinct disorganization of cytoplasmic organelles as well as formation of vacuoles had occurred. In vitro studies of human smooth muscle cells derived from vascular plaques indicate that colchicine may gain importance as an antiarteriosclerotic drug, since a concentration dependent influence on the parameters proliferation, migration and metabolism could be demonstrated.

Zusammenfassung

Proliferative und migratorische Aktivität glatter Gefäßwandmuskelzellen werden als Determinanten der Plaqueformierung und Restenosierung diskutiert. Eine medikamentöse Beeinflussung dieser Parameter könnte im Sinne eines antiarteriosklerotischen Effektes erfolgversprechend sein. Von 18 Patienten wurde Plaquegewebe aus peripheren und koronaren Gefäßwandläsionen entnommen und glatte Muskelzellen (SMC) für in-vitro-Studien kultiviert. Inkubation mit dem Antitubulin Colchizin (C) führte bei Konzentrationen zwischen 10⁻⁹ und 10⁻⁸ zu einer 18%igen Zunahme der SMC-Zahl; C > 10⁻⁸M bewirkte konzentrationsabhängig eine signifikante Verminderung der Proliferationsaktivität (IC₅₀: 3 × 10⁻⁸ M). Die SMC-Motilitätsaktivität, quantifiziert durch ein computerassistiertes Videoanalyse-System, nahm bei Zugabe von C konzentrationsabhängig ab (IC₅₀: 3 × 10⁻⁹ M). lmmunfluoreszenzmikroskopisch wurde ein C-bedingter Kollaps des Mikrotubuli-Zytoskeletts nachgewiesen, während sich die aAktinfilamente in ihrer Struktur unverändert darstellten. Ultrastrukturell (Transmissionselektronenmikroskopie) waren Mikrotubuli in C-behandelten SMC nicht mehr nachweisbar. Es zeigte sich eine deutliche Disorganisation zytoplasmatischer Organellen, erweiterte endoplasmatische Retikulum (ER)-Membranen und eine ausgeprägte Vakuolenbildung. Die in-vitro-Studien an humanen glatten Muskelzellen aus Gefäßplaque zeigen, daß dem Medikament Colchizin möglicherweise Bedeutung als antiarteriosklerotisch wirksames Medikament zukommen könnte, nachdem — zumindest in vitro — eine konzentrationsabhängige Beeinflussung der Parameter Proliferation, Migration und Stoffwechselaktivität von SMCs gezeigt werden konnte.