Akut ve kronik hipoksi

Tümör hipoksisinin klinik önemi
ve
Hipoksiyi aşma stratejileri
19-20 Şubat 2010
Klinik Radyobiyoloji Kursu
Dr Mine Genç
minegenc@gmail.com
“Hücrelerin iyonize radyasyona cevabı
kuvvetle O2 nin varlığına bağlıdır.”
Gray et al 1953
Wright and Howard-Flanders 1957
Hücre kültürü
Flowing Nitrogen gas
OH.
OH.
İndirekt
DNA’da
kimyasal
bağ kopar
Oksijen fiksasyon hipotezi
R.+ O2 →RO2
RO2→ROOH
FIXED DAMAGE
10 0
X-Rays
Surviving Fraction
OER = 1.5
hypoxic
10 -1
oxic
OER = 2.5
10 -2
10 -3
0
2
4
6
8
10
12
14
Radiation Dose
16
18
20
Oxygen enhancement ratio
(OER)
• OER=
Hipoksik ortamda gereken radyasyon dozu
Havada gereken radyasyon dozu
• X ışını için
OER = 3
TEDAVİ SIRASINDA VEYA TEDAVİDEN SONRA BİRKAÇ SN İÇİNDE
O2 ORTAMDA OLMALI !
Howards Flanders and Moore, 1958
Michael et al 1973
Oxygen Enhancement Ratio
(OER)
Oksijen basıncı artarken OER ↑
<0.15 mmHg (% 0.02) radyasyona maksimum direnç
0.5-20 mmHg OER’da hızlı artış
Koch et al 1984
Whillans and Hunt 1982
Denekamp 1989
Wouters and Brown 1997
3.0
Air
Relative Radiosensitivity
2.5
venous
blood
arterial
blood
3 mm Hg or
about 1/2%
2.0
100%
oxygen
1.5
1.0
Range for tumor
0.5
Range for well vascularized tissue
0.0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
o
Oxygen Tension (mm Hg @ 37 C)
760
Tümör hipoksisi
• Tümörde nasıl ve neden hipoksi oluşur?
• Tümör oksijenasyonunda heterojenite.
• Hipoksinin hücresel sonuçları
Dokularda oksijen difüzyonu
kapiller
Normal oksijen
Hipoksik canlı
Anoksik - nekrotik
Tümör Hipoksisi
• Tümör içindeki anormal
damarlaşma hipoksinin
nedenidir
ANGIOGENESIS
Primitif ve yetersiz damarlanma
HİPOKSİK HÜCRE ORANI:
Surviving Fraction
10 0
10 -1
10 -2
40% anoxic cells
100% oxygenated cells
10 -3
0
2
4
6
8
10
12
14
Radiation Dose
16
18
20
Gray ve Thomlinson 1955, Bronş ca
histolojik kesitleri incelemişler.
tumör
nekroz
nekroz
tumör
tumör
100 - 180 
Reoksijenasyon
RT sonrası sağkalan
Oksijenlenen
hücreler
Hipoksik
hücreler
reoksijenasyon
reoksijenasyon
reoksijenasyon
Tümör Reoksijenasyonunun Kinetiği
100
80
percent anoxic cells
60
40
30
20
10 Gy
10
0
2
4
6
tim e in hours
8
10
12
Reoksijenasyon
Mekanizma
zaman
Obstrukte damarın açılması
Dakikalar
Hasarlı hücrelerde solunum hızının ↓
Dk-saatler
İskemik ölüm
Saatler
Mitotik ölüm
Saatler
Ölü h.lerin rezorbsiyonu
Günler
Kronik ve akut hipoksi
Akut hipoksi: trombus
kollaps
basınç
Kronik hipoksi: difüzyon↓
Hypoksi (EF5, Kırmızı) ve proliferasyon (Ki67, yeşil)
Evans and Koch, 2001
• Hipoksinin varlığını göstermek reoksijenasyon
kapasitesi optimizasyonu için gerekli.
Hipoksi seviyesinin ölçülmesi
(insan tümörleri)
•
•
•
Tümör vaskülarizasyonu
– İnterkapiller uzaklık
– Vasküler densite
– Tm h.lerinden en yakın damara
uzaklık
Hb-O2 saturasyonu
– Cryospectroscopy
– Near-infrared spectroscopy
Tümör metabolik aktivitesi
– Biyokimyasal
– Bioluminescence
– NMR/PET
•
•
•
•
DNA hasar
– Comet assay
– Alkaline elution
Hipoksik marker
– İmmunhistokimya
– 18F-Fluoromisonidasole
– 123I-Iodoazomycin arabinoside
O2 parsiyel basıncı
– Polarografik o2 elektrotları
– 19F-NMR-spektroskopi
Diğer
Parsiyel O2 basıncı
• PROGNOSTİK
• Baş&boyun (6 çalışma) ve serviks
tümörlerinde (4 çalışma) tedavi öncesi PO2
basıncı ölçümü ile RT cevabı arasında
KORELASYON var.
Tümör hipoksisinin biyolojisi
Hipoksik bölge
Gene/Protein Regulasyonu
Apoptozise direnç
Kan damarı
Artmış genomik instabilite
Kemoradyoterapi direnci
Artmış Glikolizis
O2 / ilaç
konsantrasyonu
Artmış anjiogenezis
HIF aktivasyonu
Tumorigenesis
Angiogenesis
Metastasis

Anaerobic
Metabolism
PHD
1,2,3
FIH
Mitoch. O2
consumption
DNA Repair
Differentiation--Development
Differentiation
HIF
O2
HIF1,2



Muscle tissue
survival

ROS
OH
Proteasome
degradation
OH
VHL
Erythropoesis
Elong.
Stem Cell
Differentiation
Cul2
mt
Embryo
gastrulation
Lung
Morphogenesis
pO2
Maxwell & Coumenis, 2006
Tümör hipoksisi
• Hipoksik hücreler radyasyona daha az
hassastır.
• Hipoksik hücreler RT sonrası tedavi
başarısızlığının önemli bir nedenidir (öz. az
sayıda yüksek fraksiyon doz uygulanan)
• Hipoksi kronik veya akut olabilir.
• Reoksijenasyonun varlığı gösterilmiştir.
• Hipoksik hücreler KT ajanlarına da dirençlidir.
Bu dersten neler öğrendik?
• İki mekanizma var: Akut ve kronik hipoksi
• Hipoksi heterojen dağılım gösterir
• Hipoksi
– Malignensiye teşvik eder
– Tümör hipoksiye toleranslı hale gelir
– Hücresel fonksiyonları değiştirir.
• HIF anjiogenesis ve enerji üretimi için
önemlidir.
Hipoksiyle başa çıkma:
•
•
•
•
Ortamdaki oksijeni arttırmak
Hipoksik hücre radyosensitizasyonu
Hipoksik hücrelere toksik ajanlar
Tümör vasküler sistemi hedef almak
Oksijeni arttırmak
• Hiperbarik oksijen 3 atm
• Tek başına radyoterapiye üstünlüğü gösterilmiş
• Özellikle ↑ fraksiyon dozuyla birlikte
• Churchill and Davidson 1968
• Overgaard 1989
British Medical Research
Council HBO çalışması
İleri evre baş boyun ve serviks ca hastaları
Watson et al 1978
• Kimyasal radyoduyarlaştırıcıların bulunması
• HBO kullanımı rahat değil
HBO bırakıldı
• Yüksek oksijenli gaz solunması
• (Horsman 2007)
Karbojen (%95 oksijen+
%5 CO2
Opt. soluma zamanı
Akut hipoksi
%100
Oksijen
Hipoksik hücre duyarlaştırıcıları
• Bazı ajanlar oksijene çok benzer
• Daha uzak bölgelere difüze olabilir
• Normal doku yan etkisini arttırmaz
• NİTROBENZEN
• NİTROFURAN
• NİTROİMİDAZOL
Sensitizer Enhancement Ratio
(SER)
Radyasyon dozu duyarlaştırıcılı
Radyasyon dozu duyarlaştırıcısız
Tek doz
DAO>2
Fraksiyone DAO↓ (reoksijenizasyon)
Meme ca
• TCD50
54Gy vs 26 Gy
SER: 2.1
DAHANCA 5
Nimorazole
Hemoglobin seviyesi
Belli tümör tiplerinde (özellikle SCC) önemli bir
prognostik faktördür.
Overgaard 1989
Grau and Overgaard 1997
Horsman 2007
Transfüzyon
• 2 randomize çalışmada düşük Hb seviyeli
hastalarda transfüzyonun + etkisi izlenmedi
• Overgaard 1998
• Flyes 2000
• RT sırasında tümör küçülürken Hb seviyesinin
arttırılması tümöre daha fazla oksijen
gitmesini ve RT cevabını arttırır
ERİTROPOETİN
• Hb seviyelerinde yavaş yükselme
• Ancak sonuçlar kötü
• Henke 2003
• Machtay 2007
Non-hematopoetik etki?
Sigara içilmesi kanın oksijen
bırakma kapasitesini %30un
üzerindeki oranlarda azaltır. Bu
durum tümör oksijenasyonunu
ve tümör kontrolünü azaltır
Akut hipoksiye çözüm
• Nikotinamid radyasyon hasarını artırır
(Horsman 1995)
• Kan akımındaki geçici fluktuasyonları önler
• Kronik hipoksiye etkili ajanlarla kombine
etmek lazım (hipertermi, pentoksifilin,
oksijen)
Hayvan deneyi
nikotinamid-B3 analoğu
•
•
•
•
Akselere RT
Karbojen
Nikotinamid
BAŞ-BOYUN TM
ARCON
ARCON
Hipoksik hücre sitotoksinleri
• Seçici olarak radyoresistan hipoksik hücrelerin
öldürülmesi
• Kuninonlar(mitomisin c)
• Nitroimidazol (RSU-1069)
• N-oksidler (tirapazamin)
Metaanaliz-hipoksi
• 11000 hasta
• 91 randomize çalışma
• Hipoksiyi modifiye etmeyi amaçlayan
– HBO-31
– Hipoksik h. duyarlaştırıcıları-53
– HBO& HHD-1
– O2&karbojen-5
– Kan tx-1
Metaanaliz
•
•
•
•
•
•
•
Mesane-18
Uterin serviks-20
SSS-13
H&N-29
AC-10
Ösefagus-2
Karışık-1
Lokal kontrolde artma
Uterin servix ve baş-boyun
Başboyunda OS da↑
Uzak m ve komplik fark yok
Adeno Ca için
hipoksik R marginal
Hedeflenmiş Vasküler Tedaviler
Anjiogenesis inhibitörleri
Direkt vasküler hasar yapan ajanlar
Direkt anti-tümör etki
Radyasyonun etkisini arttırıcı etki
Tümör hipoksisini azaltır
Anjiogenesis inhibitörleri tümör
oksijenizasyonunu ↑ preklinik???
• İki tedavinin zamanlaması ve sırası
•
•
•
•
•
•
Tümör vasküler yapısını
hedefleyen stratejiler
Vasküler hasar yapan ajanlar
Bu dersten öğrendiklerimiz
• Hipoksik hücre direnci özellikle baş boyun ve
serviks SCC tumörlerinde başarısızlığın önemli
bir nedenidir.
• Hipoksiye karşı geliştirilen klinik çalışmaların
sonucu uyumlu değildir. HBO,
radyoduyarlaştırıcı ve kan transfüzyonu ile
hipoksiyi yenmeyi amaçlayan çalışmaların
toplandığı metaanalizde anlamlı yarar olduğu
gösterilmiştir.
.
Bu dersten öğrendiklerimiz
• Kronik hipoksiye ek olarak akut hipoksinin
giderilmesi yararı artırabilir.
• Hipoksik hücre sitotoksinleri radyoresistansın
ortadan kaldırılmasında önemli olabilir.
• Tümör kan damarlarını hedefleyen ajanlarla
ilgili çalışmalar devam etmektedir.