Effects of Repeated Doses Administration of Methotrexate on Rat Kidney Tissue

Abstract

Objective: Methotrexate is a commonly used drug to therapy many of disorders thanks to antiproliferative and anti- inflammatory properties. High dose methotrexate has cytotoxic effects. This experimental study was planned to determined possible kidney damage caused by methotrexate. Material and Method: 18 adult Wistar Albino female rats were used in this study. The animals were diveded into 3 groups. The rats in the 1st group were used as control. The second group of rat were injected single dose methotrexate (15mg/kg) on 1st day of experimental study, whereas third group of rats were injected methotrexate 1st and 5th day of experimental study. All of rats were decapitated on 8th day of experiment. Kidney tissues were removed and fixed in 10% formaldehyde solution for light microscopy investigations. Paraffin blocks were prepared. The tissue blocks were sectioned at a thickness of 5μm to perform TUNEL and histochemical staining. Results: In light microscopic examination, there were peritubular vascular congestion, dilatation in the distal tubule of group II kidney tissues. In this group, TUNEL(+2) - positive cells observed especially distal tubules. In group III, injected two dose methotrexate, dilatation in the distal tubules, peritubular vascular congestion were more expansive. In addition, there were noteworthy foamy appearanced tubular cell, atrophy of renal corpuscle, tubulointerstitial inflammation in this group. TUNEL-positive cell detected in +3 severity. Conclusion: As a result of this study, physicians must be careful about adjustment of methotrexate, used to in the treatment of many diseases, dose and treatment time. Long-term high dose treatment protocols may cause structural damage and disrupt renal physiology.

Keywords

• Methotrexate, Nephrotoxicity, Microscopy.

Tekrarlayan Dozlarda Metotreksat Uygulamasının Sıçan Böbrek Dokusu Üzerine Etkileri

Öz

Amaç: Metotreksat, antiproliferatif, antiinflamatuar etkileriyle kliniklerde birçok hastalığın tedavisinde kullanılmaktadır. Yüksek dozlarda sitotoksik etki gösterdiği bilinmektedir. Biz bu çalışmada metotreksat kaynaklı muhtemel böbrek dokusu hasarını belirlemeyi amaçladık. Gereç ve Yöntem: Çalışmada 18 adet Wistar Albino cinsi dişi sıçan kullanıldı. Denekler 3 gruba ayrıldı. Grup I'deki sıçanlar kontrol olarak kullanıldı. Grup II'yi oluşturan sıçanlara deneyin 1.gününde tek doz 15mg/kg metotreksat intra peritoneal (i.p.) yolla, grup III'teki sıçanlara ise deneyin 1. ve 5. günlerinde metotreksat i.p. yolla uygulandı. Deneyin 8. gününde tüm gruplarda yer alan sıçanlar dekapite edildi. Böbrek dokuları ışık mikroskobik incelemeler için %10'luk formaldehit solüsyonuna alındı. Rutin doku hazırlama prosedürü ile parafin bloklar hazırlandı. Parafin bloklardan TUNEL ve histokimyasal boyama tekniklerinin uygulanması için 5μm kalınlığında kesitler alındı. Bulgular: Yapılan ışık mikroskobik incelemelerde grup II'de peritübüler vasküler konjesyon ve distal tübüllerde dilatasyon ayırt edildi. Bu grupta özellikle distal tübül hücrelerinde +2 şiddetinde TUNEL-pozitif hücreler gözlendi. Metotreksatın 2 doz uygulandığı grup III'te ise distal tübüllerdeki dilatasyon ve peritübüler vasküler konjesyon çok daha yaygın olarak tespit edildi. Bu grupta ayrıca köpüksü görünüme sahip tübüler hücreler, renal korpuskül atrofisi ve tubulointerstisyel inflamasyon dikkat çekiciydi. TUNEL-pozitif hücreler +3 şiddetinde gözlendi. Sonuç: Bu çalışmanın sonucunda kliniklerde birçok hastalığın tedavisinde kullanılan metotreksatın doz ve süre ayarlamasının oldukça dikkatli yapılması gerektiği saptandı. Uzun süreli, yüksek dozda hazırlanan tedavi protokollerinin böbreklerde yapısal hasar ve dolayısıyla renal fizyolojide bozulmalar meydana getirebileceği sonucuna varıldı.

Anahtar Kelimeler

• Metotreksat, Nefrotoksisite, Mikroskop.

References

1. Fridlington JL, Tripple JW, Reichenberg JS, Hall CS, Diven DG. Acute methotrexate toxicity seen as plaque psoriasis ulceration and necrosis: A diagnostic clue. Dermatol Online J 2011; 17: 2.
2. Hyoun SC, Običan SG, Scialli AR. Teratogen update: methotrexate. Birth Defects Res A Clin Mol Teratol 2012; 94: 18720
3. Van Ede AE, Laan RF, Blom HJ, De Abreu RA, van de Putte LB. Methotrexate in rheumatoid arthritis: an update with focus on mechanisms involved.Semin Arthritis Rheum 1998; 27: 277Kishi T, Tanaka Y, Ueda K. Evidence for hypomethylation in two children with acute lymphoblastic leukemia and leukoencephalopathy. Cancer 2000; 89: 925-31.
4. Hattangadi DK, DeMasters GA, Walker TD. Influence of p53 and caspase 3 activity on cell death and senescence in responce to methotrexate in the breast tumor cell. Biochem Pharmacol 2004; 68: 1699-708.
5. Swierkot J, Szechinski J. Methotrexate in rheumatoid arthritis. Pharmacol Rep 2006; 58: 473-92.
6. Chabner BA, Allegra A, Curt C. Polyglutamation of methotrexate. Is methotrexate a prodrug? J Clin Invest 1985; 76: 907
7. Chabner B, Wilson W, Supko J. Pharmacology and toxicity of antineoplastic drugs. Editorial: Lichtman MA, Beutler E, Seligsohn U, Kipps TJ, Kaushansky K. In Williams Hematology. 7th Edition. Mc Graw Hill Company, United States 2007; 249
8. Stamp L, Roberts R, Kennedy M, Barclay M, O’Donnell J, Chapman P. The use of low dose methotrexate in rheumatoid arthritis-are we entering a new era of therapeutic drug monitoring and pharmacogenomics? Biomed Pharmacother 2006; 60: 678–87.

9. Sarıkaya M, Yıldırım M, Sarı F. Hemodiyaliz uygulanan hastalarda kemoterapi. ACU Sağlık Bil Derg 2013; 4: 1-5.
10. Erkurt MA, Kuku İ, Kaya E, Aydoğdu İ. Kanser kemoterapisi ve böbrek. İnönü Üniv Tıp Fak Derg 2009; 16: 63-8.
11. Lameire N, Kruse V, Rottey S. Nephrotoxicity of anticancer drugs an underestimated problem? Acta Clin Belg 2011; 66: 337Cağlar Y, Ozgür H, Matur I, Yenilmez ED, Tuli A, Gönlüşen G, Polat S. Ultrastructural evaluation of the effect of Nacetylcysteine on methotrexate nephrotoxicity in rats. Histol Histopathol 2013; 28: 865-74.
12. Cetinkaya A, Bulbuloglu E, Kurutas EB, et al. Nacetylcysteine ameliorates methotrexate-induced oxidative liver damage in rats. Med Sci Monit 2006; 12: 274-78.
13. Miyazono Y, Gao F, Horie T. Oxidative stress contributes to methotrexate induced small intestinal toxicity in rats. Scand J Gastroenterol 2004; 39: 1119-27.
14. Devrim E, Cetin R, Kiliçoglu B, Ergüder BI, Avci A, Durak I. Methotrexate causes oxidative stress in rat kidney tissues. Ren Fail 2005; 27: 771-3.
15. Sullivan GW, Sarembock IJ, Linden J. The role of inflammation in vascular diseases. J Leukoc Biol 2000; 67: 591-602.
16. Vaziri ND. Oxidative stres in uremia: nature, mechanisms, and potential cosequences. Semin Nephrol 2004; 24: 469-73.
17. Uz E, Oktem F, Yilmaz HR, Uzar E, Ozgüner F. The activities of purinecatabolizing enzymes and the level of nitric oxide in rat kidneys subjected to methotrexate: protective effect of caffeic acid phenethyl ester. Mol Cell Biochem 2005; 277: 165
18. Widemann BC, Balis FM, Kempf-Bielack B, et al. High-dose methotrexate-induced nephrotoxicity in patients with osteosarcoma. Cancer 2004; 100: 2222-32.
19. Güzel R. Romatoid artrit ve hastalığı modifiye edici antiromatizmal ilaçlar. Türk Fiz Tıp Rehab Derg 2008; 1; 25-30.
20. Tuffaha HW, Al Omar S. Glucarpidase for the treatment of life-threatening methotrexate overdose. Drugs Today 2012; 48: 705-11.
21. Vardi N, Parlakpinar H, Ates B, Cetin A, Otlu A. The protective effects of Prunus armeniaca L (apricot) against methotrexate-induced oxidative damage and apoptosis in rat kidney. J Physiol Biochem 2012; 69: 371-81.
22. Köse E, Beytur A, Vardı N, Türköz Y, Ekinci N, Ekincioğlu Z. Metotreksat’ın neden olduğu akut böbrek hasarına karşı montelukast’ın etkileri. İnönü Üniv Tıp Fak Derg 2011; 18: 73