19-20 Şubat 2010

Klinik Radyobiyoloji Kursu

Dr Mine Genç

minegenc@gmail.com

Tümör hipoksisinin klinik önemi ve

Hipoksiyi aşma stratejileri

“Hücrelerin iyonize radyasyona cevabı kuvvetle O2 nin varlığına bağlıdır.”

Gray et al 1953Wright and Howard-Flanders 1957

Hücre kültürü

Flowing Nitrogen gas

DNA’da kimyasal

bağ kopar

İndirekt

OH.

OH.

Oksijen fiksasyon hipotezi

R.+ O2 →RO2

RO2→ROOHFIXED DAMAGE

Radiation Dose0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Sur

vivi

ng F

ract

ion

10 -3

10 -2

10 -1

100

OER = 2.5

X-Rays

oxic

hypoxic

OER = 1.5

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, 1958Michael et al 1973

Oksijen basıncı artarken OER ↑

<0.15 mmHg (% 0.02) radyasyona maksimum direnç

0.5-20 mmHg OER’da hızlı artış

Oxygen Enhancement Ratio (OER)

Koch et al 1984Whillans and Hunt 1982Denekamp 1989Wouters and Brown 1997

Oxygen Tension (mm Hg @ 37oC)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 760

Rel

ativ

e R

adio

sens

itivi

ty

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3 mm Hg orabout 1/2%

100%oxygenAir

Range for well vascularized tissue

venousblood

arterialblood

Range for tumor

Tümör hipoksisi

• Tümörde nasıl ve neden hipoksi oluşur?

• Tümör oksijenasyonunda heterojenite.

• Hipoksinin hücresel sonuçları

Normal oksijen

Hipoksik canlı

Anoksik - nekrotik

kapiller

Dokularda oksijen difüzyonu

Tümör Hipoksisi

• Tümör içindeki anormal damarlaşma hipoksinin nedenidir

ANGIOGENESISPrimitif ve yetersiz damarlanma

Radiation Dose0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Sur

vivi

ng F

ract

ion

10 -3

10 -2

10 -1

100

100% oxygenated cells

40% anoxic cells

HİPOKSİK HÜCRE ORANI:

tumör

Gray ve Thomlinson 1955, Bronş ca histolojik kesitleri incelemişler.

tumör

tumör

nekroznekroz

100 - 180

Oksijenlenen hücreler

Hipoksik hücreler

RT sonrası sağkalan

reoksijenasyon

Reoksijenasyon

reoksijenasyon

reoksijenasyon

time in hours0 2 4 6 8 10 12

perc

ent a

noxi

c ce

lls

10

100

20

60

40

30

80

10 Gy

Tümör Reoksijenasyonunun Kinetiği

Reoksijenasyon

Mekanizma zamanObstrukte 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↓

Evans and Koch, 2001

Hypoksi (EF5, Kırmızı) ve proliferasyon (Ki67, yeşil)

• 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 biyolojisiHipoksik bölge

Kan damarı

O2 / ilaçkonsantrasyonu

Gene/Protein Regulasyonu

Artmış Glikolizis

Artmış anjiogenezis

Artmış genomik instabilite

Apoptozise direnç

Kemoradyoterapi direnci

HIF aktivasyonu

pOpO22

PHD1,2,3

Anaerobic Metabolism

degradation

Angiogenesis

ROS

mt

Metastasis

Muscle tissue survival

Cul2Elong.

HIF1,2

Embryogastrulation

Lung Morphogenesis

Erythropoesis

FIH

VHL

DNA Repair

Stem Cell Differentiation

Tum

orig

enes

isTu

mor

igen

esis

Diff

eren

tiatio

nD

iffer

entia

tion--

Dev

elop

men

tD

evel

opm

ent

Mitoch. O2consumption

Proteasome

OH

OH

HIF

O2

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)

%100 OksijenKarbojen (%95 oksijen+

%5 CO2

Opt. soluma zamanı Akut hipoksi

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 GySER: 2.1

DAHANCA 5Nimorazole

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 2007Non-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 deneyinikotinamid-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.