Beynin hayatta kalması ve düzgün çalışması için sürekli olarak oksijenli kana ihtiyacı vardır. Hipoksi, oksijen kaynağının yoksunluğudur ve genellikle beyin hasarı ile ilişkilidir. Yetersiz oksijen seviyeleri ömür boyu sürecek hasara ve bazı durumlarda ölüme neden olabilir. Hipoksinin beyin üzerindeki etkisi üzerine kapsamlı araştırmalar yapılmış olmasına rağmen, hipoksinin çeşitli tezahürleri ve ilişkileri üzerine yapılan çalışmalar daha yenidir. Bu çalışmalar, oksijen açlığı ile kanser hücrelerinin gelişimi arasındaki ilişkidir. Tümörün hızlı büyümesi oksijen kaynağını tüketir. Bu, tümörün belirli bölgelerine oksijen arzında, sağlıklı dokuya olan arz seviyesinden çok daha düşük bir azalmaya neden olur.
Gelişmekte olan tümörlerde meydana gelen hızlı hücre çoğalması, bölgedeki hücre sayısının artması nedeniyle oksijenin hızla tüketildiği ve mevcut oksijenin dokuya daha derine difüzyonunun engellendiği hipoksik mikro ortamlar olarak bilinen alanlar oluşturur. Sonuç olarak, kanser hücrelerinin, yeterli oksijen yokluğunda daha fazla büyümeyi desteklemek için metabolizmalarını değiştirdiği gösterilmiştir. Hipoksi ayrıca kanserde artan göç ve metastatik davranış ile ilişkilendirilmiştir.
İçindekiler
Kanser tedavisinde hipoksinin önemi
Tümör hipoksisinin tümörün ilerlemesinde önemli olduğu ve tümörleri maligniteye yatkın hale getirdiği bilinmektedir. Araştırmalar, tümör hipoksisinin radyasyon ve kemoterapiye yanıtı azaltma etkisine sahip olduğunu gösterdiğinden, tümörlerin tedaviye direncinin anahtarıdır. Kanıtlar, tümör hücrelerinde hipoksinin iyonlaştırıcı radyasyona direnç ile ilişkili olduğunu ortaya koydu. Bu nedenle, son on yılda hipoksinin radyoterapi başarısı üzerindeki etkisini anlamaya adanmış düzinelerce klinik ve laboratuvar çalışmasıyla hipoksi, araştırmanın ana odak noktası haline geldi.
Bu çalışmaların sonuçları, bir tümördeki hipoksi alanlarını doğru bir şekilde tespit edebilen sistemlerin, tümörün tedaviye yanıtını iyileştirmek için geliştirilebilecek yeni ve yenilikçi tedavilere kapı açacağı fikrini destekledi. Son on yılın sonunda, tümör hipoksisini saptamak için çeşitli yöntemler geliştirildi, ancak klinik araştırmalar, uygun örnek gruplarının seçilememesi nedeniyle çoğunlukla belirsiz sonuçlar verdi. Bu nedenle, tümör hipoksisini tanımlamak için altın standart bir yaklaşım yoktur. Uzmanlar, tümör hipoksisine bakmak için güvenilir, altın standart bir yöntem oluşturmak için ideal bir hipoksi biyobelirteçinin gerekli olduğu konusunda hemfikirdir. Hücresel oksijen tüketiminin karmaşık davranışından dolayı doku oksijen seviyelerindeki aşırı uzaysal-zamansal heterojenlik, birini bulmaya çalışan çalışmaları kısıtlamıştır.
Hipoksi belirtileri arayın
Son yıllarda, çeşitli çalışmalar tümör hipoksisinin potansiyel belirteçlerini araştırmıştır. 2015 yılında bir araştırma ekibi, yumuşak doku sarkomlarında hipoksi belirtilerini vurguladı. HIF ve CA9’un aşırı ekspresyonunun kötü bir prognoz ile ilişkili olduğu bulunmuştur ve HIF’in aşırı ekspresyonunun yumuşak doku sarkomunda bağımsız bir negatif prognostik faktör olduğu bulunmuştur. Aynı yıl, St. Louis’deki Washington Üniversitesi Tıp Fakültesi’nden bir ekip, hipoksinin kanser hücrelerinde karmaşık hücre sinyal ağlarını uyarma etkisine sahip olduğunu buldu. Ayrıca HIF, PI3K, MAPK ve NF312 yollarını vurguladılar; etkinleştirildiğinde B. Bu yolların birbirleriyle etkileşime girdiği ve hipoksinin etkilerini artırabilen veya azaltabilen hem pozitif hem de negatif geri besleme döngüleri yarattığı bilinmektedir.
Birkaç çalışma, HIF-1, BNIP3, PDK1 ve GLUT1 proteinlerinin hipoksi tespiti için belirteçler olarak kullanılabileceği sonucuna varmıştır. HIF-la’nın hipoksi altında stabilize olduğu, ardından hücre çekirdeğine girdiği ve oksijen dağıtımını kontrol eden genlerin transkripsiyon oranını artırarak kanser hücrelerinin hipoksiye uyum sağlamasına yardımcı olduğu bulundu. BNIP3, hipoksi sırasında HIF-1 tarafından indüklenir ve hücrenin hayatta kalması ve tümörün ilerlemesi ile ilişkilidir. PDK1 proteini ayrıca hipoksi altında indüklenir ve ATP üretiminin sürdürülmesinde rol oynadığı bilinmektedir. Son olarak, glikoz taşıyıcı GLUT1, hipoksi altında HIF-13 tarafından indüklenir. Ek olarak, CAIX, LDH-5, MCT1 ve MCT4 belirteçlerinin de hipoksik koşullar altında aşağı doğru düzenlendiği bulundu.
Hipoksi belirteçlerinin kanser tedavisinde kullanımı
Kanser hücrelerinde hipoksi sırasında birkaç proteinin aşırı eksprese edildiği bulunmuştur ve bu proteinler hipoksi için potansiyel biyobelirteçlerdir. İmmünofloresan boyama, PET, SPECT ve immünohistokimyasal boyama gibi çeşitli görüntüleme teknikleri ile tanımlanabilme özelliğine sahiptir. Bu belirteçlerin tümörlerdeki hipoksiyi ölçmek için tam olarak nasıl kullanılabileceği ve bu bilginin yeni, daha hedefe yönelik tedaviler ve yönetim teknikleri geliştirmek için nasıl kullanılabileceği konusunda araştırmalar halen devam etmektedir.
Doku ve hücrelerdeki oksijen seviyelerinin ölçümü
Doku hipoksisi olarak tanımlanan hipoksi, zayıf vaskülarizasyon ve hızla yayılan tümör hücrelerinin artan solunum talebi nedeniyle ortaya çıkan primer tümörlerin ayırt edici özelliğidir. Periferde yoğun kılcal damarlara sahip tümör mikro ortamı, ölü çekirdeğin yakınında düşük [O 2] ve tümörün yüzeyinde yüksek [O 2] bir oksijen gradyanı ile. Hipoksi, hücre proliferasyonu, metabolik kapasite, immün yanıt ve kemoterapi müdahalesine direnç dahil olmak üzere metastatik hastalığın birçok yönünü etkiler. Hücresel düzeyde, hipoksi, hipoksi tepkilerine neden olabilir. Yerleşik hücrelerin adaptasyonunu sağlayan gen ekspresyonunu (HIF) düzenleyen transkripsiyon faktörleridir. Hipoksik tepkilerin altında yatan mekanizmaların ortaya çıkarılması, tümör ilerlemesini hedefleyen terapilerin geliştirilmesi için kritik öneme sahiptir. Hem sabit hem de canlı hücreler ve dokulardaki oksijen seviyelerini ölçmek için çeşitli hipoksi tespit kitleri ve tahlilleri mevcuttur.
Sabit doku ve hücrelerde oksijen seviyelerinin ölçümü
Görüntüleme yoluyla hipoksiyi saptamak için çeşitli belirteçler tanımlanmıştır ve araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Pennsylvania Üniversitesi’nde Koch ve Evans tarafından geliştirilen EF5 (2-nitroimidazol bazlı molekül), seçici olarak hipoksik hücreleri işaretler. Sabit dokulara enjeksiyondan sonra EF5, seçici olarak hipoksik hücrelere bağlanır ve afinite oluşturur. Floresan konjuge monoklonal antikor daha sonra hipoksik ortamlara sinyal göndererek EF5 eklentilerini seçici olarak bağlamak ve etiketlemek için kullanılabilir. EF5 konjuge antikorlar, tamponlar, EF5 bileşikleri ve EF5’ten bağımsız hipoksi tespiti dahil eksiksiz hazır kitler mevcuttur. Bununla birlikte, EF5 hipoksi tespit kiti aşağıdaki gibi önemli avantajlara sahiptir:
• Pimonidazolden farklı olarak tek lipofilik form olan EF5, dokulara hızlı ve eşit dağılım sağlar,
• EF5 foto bağlama kalibrasyonu, hücre başına kantitatif pO2 değerleri sağlar,
• 2.000’den fazla yayında en çok alıntı yapılan,
Canlı hücrelerde hipoksinin tespiti
Canlı dokulardaki hipoksi, kanser ve iskemi dahil olmak üzere çeşitli hastalıklarla ilişkilidir. Pimonidazol ve EF5 gibi mevcut hipoksi tespit probları, hücre fiksasyonu ve ardından immünofloresan boyama gerektirir. BioTracker 520 Yeşil Hipoksi Boyası, canlı hücrelerde hipoksi tespiti için bir floresan görüntüleme probu. BioTracker hipoksi boyası, canlı hücre floresan görüntüleme ve akış sitometrisi uygulamalarında pimonidazol ile karşılaştırılabilir hassasiyetle kullanılabilir.
Yüksek oranda oksidatif mikro ortamlarda mikroakışkan kontrolü
Görüntüleme platformu, sürekli canlı hücre görüntüleme için tümü tek bir cihazda otomatik ortam perfüzyonu, gaz değişimi ve sıcaklığın yanı sıra bir dizi kültür parametresini kontrol eder. Kültür ünitesi, bir mikroakışkan plaka ve bir çevresel kontrol sisteminden oluşur. Paneller, difüzyon etkilerini azaltmak için gaz geçirgen malzemelerden ve havalandırma kanallarından yapılmıştır. Mikro hacimli kültürler, deneysel koşullardaki hızlı değişiklikler de dahil olmak üzere daha hassas uzaysal-zamansal kimyasal kontrol sağlar. Kontrol ünitesi, basınç hücresi yüklemesini, programlanabilir ortam perfüzyonunu, sıcaklığı ve gaz seviyelerini düzenler. Kompakt boyutu ve yüksek optik netliği sayesinde plaka, otomatik dinamik analiz için çoğu inverter mikroskopla eşleştirilebilir. Floresan görselleştirme ile birlikte kullanıldığında, etiketli protein ifadesindeki değişiklikleri izlemek ve aynı anda birden fazla hücre tipini ayırt etmek ve analiz etmek için kullanılabilir.
Hipoksinin, hücre proliferasyonu, sitotoksik ajanlara direnç, hücre ölüm mekanizmaları ve metastatik potansiyel dahil olmak üzere birçok kanser hücresi fonksiyonunu ve sürecini etkilediği bilinmektedir. Hipoksi mekanizmalarının ve süreçlerinin daha fazla aydınlatılması, araştırmacıların kanser gelişimini önlemesine ve daha etkili ve güçlü kemoterapiler geliştirmesine olanak tanır. Deneysel yaklaşım ne olursa olsun, yenilikçi yöntem ve materyallere erişimi hızlandırarak yaşam bilimlerindeki en zor problemlerin çözülmesine yardımcı olur. Sabit dokulardan canlı hücre görüntülemeye kadar, kanser ve diğer hastalık durumlarında hipoksiye yönelik araştırmalar hızlandırılmalıdır.
kaynak:
spandidos-publications.com/10.3892/ol.2015.2914
bmccancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/1471-2407-11-167
ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5045092/
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]