II effect of hypertermia Alone in Vitro
vuonna 1967 Harris käytti yksisoluista kloonausmenetelmää saadakseen pseudodiploidisten sian munuaissolujen lämpösäilyvyyskäyrät. Käyrät koostuivat alkuperäisestä olkapäästä, jota seurasi eloonjääneen murtoluvun eksponentiaalinen lasku, ja ne olivat siksi samanlaisia kuin käyrät, jotka saatiin solujen säteilytappamisesta viljelmässä (Puck and Marcus, 1955). Westra and Dewey (1971) ja Palzer and Heidelberger (1973a) ovat myös osoittaneet tämän ilmiön. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että näiden kahden menetelmän tappava mekanismi olisi samankaltainen.
Arrheniuksen käyrä, joka kuvaa inaktivaationopeuden käänteisarvoa ilmaistuna absoluuttisen lämpötilan käänteisarvon funktiona sekä kiinanhamsterin munasarjasolujen (cho) että sian munuaissolujen kohdalla, osoitti aktivaatioenergian olevan 141 kcal / mooli molemmilla tyypeillä 43, 5° – 46, 5°C: n lämpötila-alueella (Westra and Dewey, 1971). Aktivaatioenergian suuruus on sama kuin useiden entsyymien ja proteiinien (Johnson et al., 1954), ja on huomattavasti suurempi kuin aktivointi energia raportoitu DNA (Eigner et al., 1961; Greer and Zambehof, 1962) esittäen, että proteiinin denaturointi voi olla tappava lämpövaurio. Kahden solulinjan aktivaation entropia oli kuitenkin erilainen.
nykyinen tietämys ja ymmärrys kiiman tappamisen kohteista ja mekanismeista on vähäistä. Vaikka on kuvattu useita lämmön aiheuttamia muutoksia solurakenteessa ja aineenvaihdunnassa, mikään niistä ei ole liittynyt yksinomaan solukuolemaan. Ei ole löydetty keinoja kuumentaa selektiivisesti solunsisäisiä organelleja, jotta saataisiin tietoa lämmön kriittisestä kohteesta tai kohteista. On kuitenkin esitetty useita mahdollisuuksia.
useat tutkijat havaitsivat, että lämpöshokki vähentää solujen kykyä sisällyttää TYMIDIINIÄ DNA: han (Mondovi et al., 1970; Reeves, 1971; Plagemann ja Erbe, 1972). Tämä tymidiinin inkorporaation estäminen saattaa johtua tymidiinin kuljetusmekanismin vaurioitumisesta, jonka arvellaan säätelevän DNA: n inkorporaatiota (Plagemann ja Erbe, 1972). On kuitenkin osoitettu, että merkitty esiastepooli ei pienentynyt riittävästi selittääkseen tymidiinin inkorporaation suuren vähenemisen sian munuaissoluissa (Plagemann ja Erbe, 1972).
Dewey ym. (1971) havaitsi, että lämpö aiheutti kromosomipoikkeavuuksia synkronisissa CHO-soluissa. Poikkeamatiheys oli liian alhainen, jotta se olisi voinut selittää solujen kuolleisuutta M-ja G1-soluissa (alle yksi poikkeama solua kohti, kun elossaolo väheni 37%: iin), mutta se saattoi selittää s-vaiheen solujen kuolemisen. Lisäksi lämpö ja tymidiinianalogibromodeoksiuridiini (BUdR) yhdessä toimiessaan tappoivat soluja additiivisesti, mikä viittaa siihen, että molemmat aineet vaurioittivat samoja rakenteita. Sen jälkeen oletettiin, että lämpö ja BUdR molemmat tuottavat vaurioita ilmaistuna vaurioina DNA: ssa, mutta että lämpö aiheuttaa vaurioita kromosomiproteiineissa, mahdollisesti korjaa entsyymejä, ja että BUdR aiheuttaa vaurioita DNA: ssa. Sitten, vahinko kromosomiproteiinin voi joko vuorovaikutuksessa BUdR vahinkoa DNA tai voi johtaa estoon korjaus DNA-vaurioita. Tätä hypoteesia tukee lämpötappoon tähtäävien aktivaatioenergioiden (141 kcal/mooli) ja proteiinien inaktivoitumisen samankaltaisuus (Westra and Dewey, 1971). G1: n aikana tapahtunut proteiinivälitteinen DNA-vaurio ei ilmeisesti ilmennyt kromosomipoikkeavuuksina, mikä mahdollisesti johtui näiden kromatiinin komponenttien vakiintuneemmasta assosiaatiosta G1: n aikana. Mitoottisen solujen tappamisen mekanismin ajateltiin olevan karan tuhoutuminen, mikä aiheutti näissä kokeissa havaitun tetraploidisten solujen korkean taajuuden.
lämpöherkkyys vaihtelee huomattavasti solulinjojen välillä. Hiiren eturauhassoluja ei tapettu enintään 5 tunnin ajan 43°C: n lämpötilassa, kun taas hiilivetyjen muuntamien eturauhassolujen eloonjääminen oli 0,37 2 1/2 tunnin lämpökäsittelyn jälkeen (Chen and Heidelberger, 1969). L1210-leukemiasolujen eloonjäämisen vähentämiseen 37%: iin eloonjäämiskäyrän eksponentiaaliosuudella (d0) vaadittujen kuumuusminuuttien on osoitettu olevan 12 min ja HeLa-solujen 30 min 43°C: n lämpötilassa (Palzer ja Heidelberger, 1973a). Myös cho-solujen (Westra ja Dewey, 1971) lämpö-inaktivaationopeus oli kymmenen kertaa suurempi kuin sian munuaissolujen inaktivointinopeus (Harris, 1967).
lämmityksen jälkeisen jakautumisviiveen määrän (Westra ja Dewey, 1971; Palzer ja Heidelberger, 1973b) on todettu olevan paljon pidempi kuin vastaavan määrän eloonjäämistä vähentävän säteilyannoksen aiheuttama viive (Westra ja Dewey, 1971). Tämä viittaa siihen, että joko jakautumisen viivästymisestä johtuvat vauriot tai kuolleisuudesta johtuvat vauriot ovat eri näillä kahdella tavalla.
määrittämällä jatkuvan lämpöannoksen aiheuttama eloonjäämisen väheneminen synkronoiduissa soluissa on osoitettu CHO-soluille (Dewey et al., 1971; Westra ja Dewey, 1971), hiiva (Schenberg-Frascino ja Moustracchi, 1972), HeLa-solut (Palzer ja Heidelberger, 1973b) ja meristemaattiset solut (de la Torre et al., 1971)että S-vaiheen solut (de la Torre et al., 1971; Dewey ym., 1971; Westra ja Dewey, 1971; Schenberg-Frascino ja Moustacchi, 1972; Palzer ja Heidelberger, 1973b) ja M-vaiheen solut (Westra ja Dewey, 1971) olivat herkimpiä suhteessa soluihin solusyklin muissa vaiheissa. Tämä havainto on suorassa ristiriidassa säteilytutkimusten kanssa, joissa sekä in vitro (Sinclair, 1968; Dewey et al., 1970) ja In vivo (Gillette et al., 1970; Dawson ym., 1973), s-vaihe on radiovastaavin vaihe. Lämpökuoleman solusyklispesifisyyden vuoksi on ehdotettu osittaisen synkronian induktiota toistuvien lämpökäsittelyjen jälkeen (de la Torre et al., 1971) ja havaittu (Martin ja Scloerb, 1964).
useat tutkijat ovat raportoineet, että neoplastiset solut ovat normaaleja soluja herkempiä lämmölle (Mondovi et al., 1969; Levine and Robbins, 1970; Turano et al., 1970; Muckle and Dickson, 1971). Tämä voi johtua ravitsemuksellisista puutteista tai muista tekijöistä, jotka voivat tehdä pahanlaatuisesta kudoksesta lämpöherkemmän. Poikkeuksia on kuitenkin olemassa (Chen ja Heidelberger, 1969; Kachani ja Sabin, 1969), ja useimmissa tapauksissa muuttunut morfologia tai aineenvaihdunta on rinnastettu solujen tappamiseen. Siksi aineistossa, joka viittaa syöpäsolujen selektiiviseen lämpöherkkyyteen (Mondovi et al., 1969, 1970; Levine and Robbins, 1970; Turano et al., 1970; Muckle and Dickson, 1971; Overgaard and Overgaard, 1972a; Kim et al., 1974) mukaan ei ole osoitettu, että lisääntymiskuoleman kriteerinä kasvainsolut olisivat lämpöherkempiä kuin normaalit solut, joista kasvain on syntynyt.
lämmön fraktioitua levittämistä on tutkittu vain lyhyesti. Palzer and Heidelberger (1973a) tutki asynkronisten HeLa-solujen elpymistä lämmön jaettujen annosten välillä. Niiden tietojen mukaan solut kykenivät korjaamaan subletaalilämpövaurioita 6 tunnissa. Myös säilyneen fraktion vaihtelu viittasi asynkronisen populaation osittaiseen synkronointiin ensimmäisen annoksen seurauksena. Elossaolo väheni alkunousun jälkeen subletaalilämpövaurioiden korjaamisen vuoksi. Elossaolon heikkenemisen tulkittiin johtuvan solujen uudelleenjakautumisesta solusyklin herkempään vaiheeseen, joka johtuu tappavan aineen ensimmäisen annoksen aiheuttamasta osittaisesta synkronoitumisesta.
Gerweck ym. (1974) tutki lämmön kykyä tappaa hypoksisia soluja in vitro. Hypoksia syntyi cho-soluissa nopealla kaasutustekniikalla. Sekä aerobisten että hypoksisten cho-solujen säteily-eloonjäämiskäyrät osoittivat hapenparannussuhteen (oer) olevan 2, 5, mikä viittaa siihen, että radiobiologinen hypoksia saavutettiin. Lämmitys tapahtui upottamalla 45,5°C: n veteen vaihtelevin aikavälein. Tämän jälkeen rakennettiin aerobisten ja hypoksisten solujen Heat-survival-käyrät, jotka osoittivat hypoksisten solujen olevan vähintään yhtä lämpöherkkiä ja mahdollisesti hieman lämpöherkkiä kuin aerobisten solujen. Hypoksisten solujen d0-arvo oli 1,2 min ja aerobisten solujen 1,8 min.
Schulman ja Hall (1974) havaitsivat hypoksisten kiinanhamsterin solujen olevan lämpöherkempiä kuin aerobisten V79-solujen. Neljäkymmentäkolme celsiusastetta oli tarpeen tuottaa vahinkoa aerobisissa soluissa, kun taas 41°C tuotti vaurioita hypoksisissa soluissa.
yhteenvetona voidaan todeta, että nisäkässolujen lämmöntappamisella viljelmässä on seuraavat ominaisuudet: tietyssä lämpötilassa eloon jääneen fraktion logaritmin kuvaaja käsittelyajan funktiona on tyypillisesti eksponentiaalinen, ja sitä edeltää ensimmäinen lapa, mikä osoittaa, että soluilla on kyky kerätä subletaalilämpövaurioita ja sitten ne kuolevat eksponentiaalisesti käsittelyajan pidentyessä. Jaetun annoksen tutkimukset osoittavat, että soluilla on myös kyky korjata tämä subletaalinen lämpövaurio. Lämpöherkkyydessä on huomattavaa vaihtelua eri solulinjojen välillä. Soluiässä on olemassa herkkyys, jossa S-ja M-vaiheen solut ovat lämpöherkimpiä. Lämmön vaurioittamaa kohdetta ei tiedetä, mutta proteiinin ja DNA: n vuorovaikutus on ainakin uskottava mahdollisuus. Hypoksiset solut näyttävät olevan lämpöherkempiä kuin hapettavat solut.
