Клиническая радиобиология в радиационной онкологии Адольф Адольфович Вайнсон профессор, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина Академии медицинских наук

Louis Harold Gray Профессор Л.Грей

Effect of alpha-particle microbeam irradiation of nucleus or cytoplasm of HeLa cell on the synthesis of deoxyribonucleic acid Kuzin AM, Wainson AA. Nature November 19; 212(5064):p PMID: [PubMed - indexed for MEDLINE]

Области приложения методов клинической радиобиологии 1. Понимание процессов, происходящих в опухоли и нормальных тканях при лучевой терапии 2. Поиск путей ослабления лучевых поражений 3. Попытки предсказать пути усовершенствования лучевой терапии

Схематическое изображение зависимости излечения опухоли (1) и возникновения лучевых повреждений (2) от суммарной очаговой дозы (стрелкой обозначен терапевтический интервал) Рост частоты и тяжести (ранних) лучевых реакций и поздних лучевых поражений Излеченные пациенты

У человека 200 сантиметров ДНК каждой клетки упакованы в 46 хромосомах, находящихся в её ядре - «шарике» диаметром в 1/ одного см При примерно одинаковом числе поражений в ДНК клеток разных опухолей их радиочувствительность существенно различается. Один из подтвержденных механизмов различий – разная интенсивность процессов апоптотической гибели клеток, но ясности в других причинах различий в радиочувствительности пока нет.

Фракция клеток, способных in vitro делиться больше 6 раз, т.е. образовывать видимую на глаз колонию Клетки HeLa, получены из опухоли шейки матки в 1953 г.; каждая колония выросла из одной клетки за 14 дней У радиочувствительных клеток доминирует апоптотический механизм гибели

Сенсибилизация опухолевых клеток Пример : Эрлотиниб, ингибитор тирозинкиназы Exp Ther Med. Oct 2013; 6(4): 1062–1066. Рост насофарингеальной карциномы у безтимусных мышей после облучения в дозе 8 Гр и облучения на фоне введения эрлотиниба (1.6 мг/день) 8 Гр 8 Гр + Эрлотиниб Эрлотиниб

Динамика нарастания и спада лучевых реакций кожи стопы мышей после однократного облучения 1,6 отн. ед. – нарушение целостности кожи, значительный сухой эпидермит во время нарастания реакции и полное отсутствие шерстного покрова, влажный эпидермит и слипание нескольких пальцев на пике и в начале спада реакций Индекс 2,0

Частота развития нейропатии и параличей в результате лучевого поражения нервного плечевого сплетения у пациентов, подвергшихся лучевой терапии по поводу рака молочной железы [по С. Йохансон, 2000]:желтые столбики – нейропатия, темные – нейропатия с параличом

An agonist of toll-like receptor 5 has radioprotective activity in mouse and primate models. Burdelya LG, Krivokrysenko VI, Tallant TC, Strom E, Gleiberman AS, Gupta D, Kurnasov OV, Fort FL, Osterman AL, Didonato JA, Feinstein E, Gudkov AV. Science Apr 11;320(5873): Toll-like receptor 5 agonist protects mice from dermatitis and oral mucositis caused by local radiation: implications for head-and-neck cancer radiotherapy. Burdelya LG, Gleiberman AS, Toshkov I, Aygun-Sunar S, Bapardekar M, Manderscheid- Kern P, Bellnier D, Krivokrysenko VI, Feinstein E, Gudkov AV. Int J Radiat Oncol Biol Phys May 1;83(1): Central role of liver in anticancer and radioprotective activities of Toll-like receptor 5 agonist. Burdelya LG, Brackett CM, Kojouharov B, Gitlin II, Leonova KI, Gleiberman AS, Aygun- Sunar S, Veith J, Johnson C, Haderski GJ, Stanhope-Baker P, Allamaneni S, Skitzki J, Zeng M, Martsen E, Medvedev A, Scheblyakov D, Artemicheva NM, Logunov DY, Gintsburg AL, Naroditsky BS, Makarov SS, Gudkov AV. Proc Natl Acad Sci U S A May 14;110(20):E

TLR5 (толл-подобный рецептор 5) мембранный белок, входящий в группу толл-подобных рецепторов, обеспечивающих функционирование врождённого иммунитета. TLR5, как и другие рецепторы этой группы, распознаёт патоген-связанные молекулярные структуры.мембранный белоктолл-подобных рецепторовврождённого иммунитета Лигандом для TLR5 является флагеллин, бактериальный белок, главный компонент жгутиков, сходный у многих видов бактерий.Лигандомфлагеллинбактериальныйжгутиков Структура и функции TLR5 связывает флагеллин бактерий и активирует провоспалительный фактор транскрипции NF-kB через адаптерный белок MyD88. провоспалительныйфактор транскрипцииNF-kBMyD88

Агонистом TLR5 (одного из рецепторов, расположенного на цитоплазматической мембране) является полипептид CBLB502 (так называемый Protectan).Изучение радиопротекторных свойств CBLB502 при введении его мышам в дозе 0.2 мг/кг за минут до получения ими смертельной дозы γ-излучения показало, что 87% животных выжили. При подобном эксперименте с использованием амифостина доля выживших животных составила 54%. Эксперименты на приматах также подтвердили эффективность вещества. В настоящее время в США препарат Entolimod (CBLB502) находится в стадии разработки как для лечения местно- распространенных или метастатических солидных опухолей, так и для защиты от лучевого поражения.

Asian Pac J Cancer Prev.Asian Pac J Cancer Prev. 2012;13(9): Toll-like receptor 5 agonism protects mice from radiation pneumonitis and pulmonary fibrosis. Wang ZDWang ZD1, Qiao YL, Tian XF, Zhang XQ, Zhou SX, Liu HX, Chen Y.Qiao YLTian XFZhang XQZhou SXLiu HXChen Y Лучевой пульмонит и фиброз легочной ткани – главные осложнения лучевой терапии опухолей грудной клетки. Ранее показано, что CBLB502, вещество, связывающееся с рецептором TLR5, значительно снижает связанное с апоптозом радиационное поражение гемопоэтической ткани и кишечника у мышей и приматов. Авторами изучена защита легких и кожи с помощью этого препарата при облучении грудной клетки мышей. Это соединение значительно снижает изменение кожи (включая волосяной покров) и фиброз легочной ткани после воздействия 20 Гр. Полученные данные служат основанием для проведения клинических испытаний этого соединения при облучении опухолей торакальной области.

Радиационная онкология и Ядерная медицина 1 (7) 2014 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВ УМЕНЬШЕНИЯ ПОСТРАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ ЛЕГКИХ – РАДИОПРОТЕКТОРОВ И РАДИОСМЯГЧИТЕЛЕЙ ( mitigators ) И. Грушина, М.Г. Сычева

Наиболее известным из «клинических радиопротекторов» является амифостин. В I фазе рандомизированного клинического исследования развитие тяжелых (степень II и выше по шкале RTOG/EORTC) лучевых пневмонитов наступило у 9% больных немелкоклеточным раком легкого, получавших амифостин 5 дней в неделю за 15 мин до сеанса ЛТ, и у 43% больных, проходивших только лучевое лечение (p < 0.001). Во II фазе исследования лучевой пневмонит у 36 больных, которым проводилась химиолучевая терапия в сочетании с амифостином, также диагностировался значительно реже, чем у 32 больных, получивших только химиолучевую терапию (p = 0,009). Пневмофиброз через 6 мес.после лечения наблюдали у 28% больных, пролеченных амифостином, по сравнению с 53% больных, его не получавших (р< 0,05). Однако в рандомизированном исследовании [35] радиопротекторного действия амифостина у больных немелкоклеточным раком легкого, получавших химиотерапию и ЛТ с гиперфракционированием, достоверных положительных объективных результатов получено не было (Movsas B., Scott C., Langer C. et al. Randomized trial of amifostine in locally advanced non–small- cell lung cancer patients receiving chemotherapy and hyperfractionated radiation: Radiation Therapy Oncology Group trial // J ClinOncol., 2005, 23, P. 2145– 2154).

Иматиниб (Glivec) связывается с трансмембранным тирозин- киназным рецептором. Данный препарат используется, например, при лечении хронического миелолейкоза, острого лимфобластного лейкоза, метастатических гастроинтестинальных опухолей. При экспериментальном исследовании было показано, что применение иматиниба сразу после облучения грудной клетки мышей, в течение всего периода острого воспаления, и даже через 14 дней – уже после стихания острого воспаления - ослабляет степень выраженности пневмофиброза, оцениваемого по данным клинико-лабораторных, гистологических и in vivo томографических исследований.

Стволовые клетки опухолей

Br J Cancer.Br J Cancer December 10;109(12): HDAC inhibitor confers radiosensitivity to prostate stem-like cells. (Ингибитор гистодиацетилазы увеличивает радиочувствительность стволовых клеток простаты) Frame FMFrame FM, Pellacani D, Collins AT, Simms MS, Mann VM, Jones GD, Meuth M, Bristow RG, Maitland NJ. YCR Cancer Research Unit, Department of Biology, University of York, Heslington, North Yorkshire, YO10 5DD, UK.Pellacani DCollins ATSimms MSMann VMJones GDMeuth M Bristow RGMaitland NJ Получены первичные культуры клеток из опухолей простаты. Клетки разделены на стволовые (α2β1integrin(hi)/CD133(+)), в основном покоящиеся, промежуточные делящиеся (TA, α2β1integrin(hi)/CD133(-)) и дифференцированные. При облучении in vitro в стволовых клетках оказалось меньше двойных разрывов ДНК и они лучше сохранили способность к колониеобразованию. Ингибитор фермента гистондиацетилазы - Трихостатин – повысил в этих клетках число разрывов ДНК и уменьшил их клонообразование после облучения.

Клетки, выжившие после 5 Гр облучения двух линий рака лёгких человека, А549 и Н460, чаще окрашиваются (СИНИЙ ЦВЕТ) антителами к маркёрам стволовых клеток CD 24, CD44 и CD161 Mol Cancer.Mol Cancer Aug 16;12(1):94. doi: / Non-small cell lung cancer cells survived ionizing radiation treatment display cancer stem cell and epithelial-mesenchymal transition phenotypes. Gomez-Casal RGomez-Casal R, Bhattacharya C, Ganesh N, Bailey L, Basse P, Gibson M,Bhattacharya CGanesh NBailey LBasse PGibson M Epperly MEpperly M, Levina V.Levina V University of Pittsburgh Cancer Institute, Pittsburgh, PA 15213, USA.

Выживаемость (сохранение способности к колониеобразованию) у ALDH+ (альдегиддегидрогеназа) позитивных [стволовых] и ALDH негативных клеток трёх линий клеток рака молочной железы после облучения in vitro Vares G, Cui X, Wang B, Nakajima T, et al. (2013) Generation of Breast Cancer Stem Cells by Steroid Hormones in Irradiated Human Mammary Cell Lines. PLoS ONE 8(10): e doi: /journal.pone Стволовые, ALDH+ клетки обладают несколько повышенной радиорезистентностью (верхние кривые в каждой паре кривых доза-эффект) Линия клеток