Radyoterapi (RT) ve kemoterapi (CT) iki ana kanser tedavi stratejisidir, ancak belirli kanser türleri için başarısız olur. Bununla birlikte bu kombinasyon tedavi, hem RT hem de CT ile kanser dokusuna meydan okuyarak yararlı bir ilerleme sağlayabilir. Yakın tarihte yapılan bir yayında, Kanadalı araştırmacılar, RT-CT kombinasyon terapisi ile kümelenmiş kanser hücresi sferoidlerine meydan okumak için bir mikroakışkan tarama platformu sunmuşlardır. Tedavi etkinliğinin analizi için mikroakışkan platform, akış sitometrisi ve canlı hücre tespiti ile kanser hücresinin hayatta kalmasını belirlemek için demonte edilebilir. Yapılan bBu araştırma Scientific Reports dergisinde yayınlanmıştır.
Kanserli tümörler, hücresel DNA mutasyonundan sonra esasen tüm dokulardan gelişir, bu da kontrolsüz hücre bölünmesi ve büyümesiyle sonuçlanır. Tümör bulunabiliyorsa, kanserli dokuyu çıkarmak için genellikle cerrahi rezeksiyon kullanılır. Bununla birlikte, tümörler her zaman kolay erişilebilir değildir. Derhal cerrahi müdahale ile bir tümöre erişmek güvenli değilse, tümörü zorlamak ve küçültmek veya en iyi durumda tamamen öldürmek için radyoterapi ve kemoterapi uygulanır. RT, radyoaktif implantlar veya enjeksiyonlar yoluyla vücudun içinden veya dışından uygulanabilen radyoaktif radyasyonu kullanır. Bu arada CT, örneğin hücresel bölünmeyi bozan, özellikle hızlı bölünen kanser hücrelerine zarar veren kimyasalların enjeksiyonuna dayanır. Bununla birlikte, hem RT hem de BT tedavileriyle, çevreleyen doku zarar görebilir ve sağlıklı çevre dokuya verilen hasarı sınırlarken tümörleri öldürmek için optimize edilmiş tedaviler gerekir.
Bireysel tedavileri daha verimli hale getirmek için RT ve CT kombinasyon terapileri önerilir, ancak bunlar klinik ortamlarda henüz gelişmiş kanser tedavisi göstermemiştir. Tedavilerin etkinliğini arttırmak ve kanser dokusunun öldürülmesini en üst düzeye çıkarmak için in vitro optimal tedavi koşullarını belirlemek için yüksek verimli tarama yöntemleri gereklidir. Yardımcı Doçentler Thomas Gervais ve Philip Wong (Montreal, Kanada) liderliğindeki Kanadalı araştırmacılar, son zamanlarda mikroakışkan test odalarını akış sitometrik hücre analizi ile birleştiren bu tür yüksek verimli cihazları tanıtmışlardır.
Kanser Sferoidleri İçin Kombinasyon Mücadelesi
Araştırmacılar, birden çok RT ve CT koşulunu paralel olarak test etmek için mikroakışkan bir platform kullanmışlardır. Platform, hücre süspansiyonlarının tohumlandığı ve spontan olarak sferoidler halinde toplanmasına izin verilen çok sayıda ayrı hücre kültürü kuyucuğu içermektedir. Test için, yumuşak doku sarkomlarından izole edilmiş STS93 ve STS117 olarak adlandırılan iki hücre dizisi kullanmışlardır. RT tehdidi, bir hücre kültürünü bir radyasyon yoğunluk gradyanı ile ışınlayabilen bir cihazla harici olarak uygulanırken, CT tehdidi, hücre kültürü ortamına farklı konsantrasyonlarda eklenen kemoterapötikler tarafından uygulanmıştır.
Şeffaf mikroakışkan platform, hücre kültürlerinin mikroskopi ile doğrudan analizine izin vermiş ve bilim adamları, kanser sferoidlerinin boyutundaki değişiklikleri izleyebilmişlerdir. Ayrıca platform, deney sonunda demonte edilebilecek şekilde tasarlanmıştır. Bu, araştırmacıların sferoidleri çıkarmasına ve bunları enzimatik olarak parçalamasına izin vermiştir, böylece tek tek hücrelerin canlılığı akış sitometrisi ve büyüme deneyleri ile test edilme olasılığını arttırmaktadır.
Akış Sitometrisi İle Hücre Canlılığını Değerlendirme
RT ve CT maruziyetinden sonra sabit bir zaman noktasında, bilim adamları canlı hücreleri RT-CT tedavisinden zarar görmüş olanlardan ayırmak için akış sitometrisini kullanmışlardır. STS93 hücre hattı için, hücre canlılığı RT-CT tedavisinden sonra önemli ölçüde bozulmuşken, tek başına RT kayda değer bir etkiye sahip olmamıştır. STS117 hücre çizgisi canlılığı, bu arada bilim adamlarının uyguladığı tedavilerden hiçbirinden etkilenmeden kalmıştır. Çalışma yazarlarının belirttiği gibi, STS93 hücreleri yaban tip p53 apoptoz indükleyicisini taşıdıkları için apoptoz geçirirken, STS117 p53 mutasyona uğradığı için bunu yapamamıştır.
Akış sitometrisi değerlendirmesine ek olarak, araştırmacılar hücrelerin uzun bir süre sonra hayatta kalmasını, tek tek hücrelerin bölünüp hücre kolonileri oluşturup oluşturmadığını belirleyen standart bir metodoloji olan klonojenik bir testle test etmişlerdir. Bu deney, hem STS93 hem de STS117 hücre hatlarının hücre canlılığının gerçekten bozulmuş olduğunu göstermektedir. Ancak, bu metodoloji hücrelerin büyümesini ve bölünmesini beklemek için uzun deney süreleri gerektirir, bu nedenle RT-CT kombinasyonlarının yüksek verimli taraması için iyi bir seçim değildir.
Bilim adamı, hücre canlılığı değerlendirmesi için akış sitometrisine bağlanan mikroakışkan platformlarının, RT ve CT zorluklarına yanıt olarak STS93 ve STS117’nin farklılıklarını, hücrelerin tümör dokusuna benzer sferoid bir yapıda açığa çıkarılması özelliğiyle doğru bir şekilde gösterebileceği sonucuna varılmıştır. Bununla birlikte, hızlı ve kapsamlı bir canlılık analizi için iyileştirmelerin gerekli olduğuna işaret etmişlerdir; bu, örneğin, hücre ölümü ve nekrozun daha fazla hücresel belirteçleri için daha kapsamlı bir akış sitometrisi analizi testiyle elde edilebilir.
Sferoidlerde Akış Sitometrisi ve Klonojenik Test Kullanarak Çip Üzerinde Kombine Radyoterapi ve Kemoterapi Testi
Kanser dünya çapında önde gelen bir ölüm nedenidir. Cerrahi, radyoterapi (RT) ve kemoterapi (CT), kanser hastaları için temel tedavilerdir. Tümörün cerrahi olarak çıkarılması çoğu katı tümörü tedavi etmek için genellikle gerekli olmasına rağmen, negatif cerrahi marjlar elde edildiğinde bile lokal nüks oranları yüksek kalır. RT ve CT genellikle lokal ve metastatik nüks olasılığını azaltmak için ameliyattan önce veya sonra uygulanır. RT, hücre içi su moleküllerinin etkileşimi ve iyonlaşması üzerine tek ve çift sarmallı DNA kırılmalarına neden olan iyonlaştırıcı radyasyon (gama ışınları) gibi yüksek enerjili elektromanyetik dalgalar kullanır.
DNA hasarlarının bir sonucu olarak, hücreler apoptoz, nekroz, mitotik felaket ve yaşlanma dahil olmak üzere çeşitli DNA hasar onarım mekanizmalarına ve ölüm yollarına maruz kalır. CT, geleneksel olarak kanser hücrelerinin bir tümörü yeniden oluşturmasını engelleyen hücre ölümünü veya belirsiz proliferatif tutuklamayı indükleyen sistemik ajanlardır. RT ve CT’nin klinik olarak kanıtlanmış etkinliğine rağmen, her ikisi de tedaviler sırasında ve bazen uzun süre sonra hastalara önemli yan etkilere neden olur.
Yumuşak doku sarkomları (STS), her yaştaki hastayı etkileyen, pediatrik ve genç adolesan kanserlerinin yaklaşık % 5’ini temsil eden kanserlerdir. STS’li hastaların standart tedavisi ameliyat ve yardımcı RT’den oluşur. RT sırasında radyosensitize edici veya radyoprotektif ajanların eklenmesi RT’nin kanser hücrelerini öldürmedeki etkinliğini artırabilir veya RT’nin uzun vadeli yan etkilerini sırasıyla azaltabilir. Gözlem için doksorubisin tabanlı BT kullanımını değerlendiren iki Faz III randomize klinik çalışmanın havuzlanmış bir analizi olarak yardımcı BT kullanımı tartışmalıdır, nüks bir azalmaya rağmen hastanın genel sağkalımında bir iyileşme ortaya koymamıştır.
İki boyutlu (2D) in vitro kanser modelleri potansiyel olarak fazla basittir ve RT ile moleküler ajanlar arasındaki çeşitli kombinasyonların değerini doğru bir şekilde ölçmek için yetersizdir. Sferoidler gibi üç boyutlu (3D) in vitro modeller, yakın hücre, hücre etkileşimleri, laktik asidoz ve hipoksi gibi in vivo koşulları daha iyi taklit edebilen ve yeni anti-kanser stratejileri için tarama doğruluğunu artırabilen özelliklere sahiptir. Bir sfero, herhangi bir matris veya fiziksel destek olmadan hücrelerin kendi kendine toplanmasıdır.
Sferoidlerin boyutu arttıkça, daha derin hücreler artan laktik asit seviyelerine ve hipoksiye maruz kalabilir, bu da RT’nin etkinliğini azaltır. Benzer şekilde, bazı ilaçlar sferoidlerin merkezine nüfuz etmekte ve yayılmakta zorluk çekmektedir. Bu nedenle, RT ve CT’nin 3B modellerde ölçülen etkinliği, 2B modellerden daha azdır. RT ile kullanım için kombinatoryal terapötik ajanların taraması, tek tabakalı modeller yerine veya bunları tamamlamak için 3D sferoid modeller kullanıldığında, daha yüksek gelişimsel başarı oranlarına sahip adaylar sağlayabilir.
Mikroakışkan cihazlardaki 3B modeller, deneyleri kredi kartı boyutundaki yongalara sığacak şekilde küçültmek için üretim mikro kanallarından yararlanan, böylece reaktif kullanımını, personel süresini ve deney maliyetlerini azaltan araçlardır. Birkaç grup, kanser önleyici ilaçların sferoidler üzerindeki etkisini incelemek için halihazırda mikroakışkan cihazları kullanılmıştır. Carr vd. hücre ölümünün çözünür belirteçlerinin (laktat dehidrojenaz testi ve sitokrom c) ve immünohistokimyasal testlerin ölçümü yoluyla baş ve boyun skuamöz hücre karsinom dokusu biyopsilerinde RT kaynaklı hücre ölümünü incelemek için mikroakışkan bir cihaz kullanılmıştır. Model olarak sferoidlerin potansiyel avantajlarına rağmen, bazı dezavantajları da vardır. Birincisi, tüm hücre hatları sferoidler olarak oluşup muhafaza edilememekte, dolayısıyla modellerin sayısını azaltmaktadır. İkinci olarak, 3D modeller, difüzyona ve dolayısıyla küresel boyut bağlı olan sferoidler içindeki besin, oksijen ve laktat konsantrasyonlarında heterojenlik sağlar. Bu nedenle, deneysel sonuçlarda değişkenliği azaltmak için küresel boyutun tutarlı kontrolü istenir. Bilindiği kadarıyla, STS sferoidlerinde RT ve CT kombinasyonlarını değerlendirmek için mikroakışkan cihazların bir değerlendirmesi yapılmamıştır.
RT ve CT’nin (doksorubisin) STS sferoidleri üzerindeki sitotoksik ve anti-proliferatif etkilerini incelemek için bir mikroakışkan platform geliştirilmiştir. Sferoidler çip üzerinde büyütülmüş, daha sonra aynı çip üzerinde farklı RT ve CT dozlarına maruz bırakılmıştır. Sferoidlerin tedavi sonrası fenotipleri gözlenmiş ve hücre ölümü değerlendirilmiştir. Kavram deneylerinin kanıtı, bu cihazın radyosensitize edici ve radyoprotektif ajanların taranması için kullanılabileceğini göstermektedir.
Kaynakça:
nhs.uk/conditions/radiotherapy/
nhs.uk/conditions/chemotherapy/
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu