IIEffet de l’Hyperthermie seule in Vitro
En 1967, Harris a utilisé un test de clonage unicellulaire pour obtenir des courbes de survie thermique de cellules rénales de porcs pseudodiploïdes. Les courbes étaient composées d’un épaulement initial suivi d’un déclin exponentiel de la fraction survivante et étaient donc similaires aux courbes obtenues à partir de la destruction par rayonnement de cellules en culture (Puck et Marcus, 1955). Westra et Dewey (1971) et Palzer et Heidelberger (1973a) ont également démontré ce phénomène. Cela n’implique cependant pas la similitude du mécanisme létal des deux modalités.
Un graphique d’Arrhenius de l’inverse du taux d’inactivation exprimé en fonction de l’inverse de la température absolue pour les cellules de l’ovaire de hamster chinois (CHO) et les cellules du rein de porc a révélé une énergie d’activation de 141 kcal / mole pour les deux types sur la plage de température de 43,5 ° à 46,5 ° C (Westra et Dewey, 1971). L’ampleur de l’énergie d’activation est similaire à celle rapportée pour plusieurs enzymes et protéines (Johnson et al., 1954), et est significativement supérieure à l’énergie d’activation rapportée pour l’ADN (Eigner et al., 1961; Greer et Zambehof, 1962) suggérant que la dénaturation des protéines pourrait être la lésion mortelle causée par la chaleur. Cependant, l’entropie d’activation pour les deux lignées cellulaires était différente.
Les connaissances et la compréhension actuelles de la ou des cibles et des mécanismes de destruction par la chaleur sont limitées. Bien qu’un certain nombre d’altérations induites par la chaleur de la structure cellulaire et du métabolisme aient été décrites, aucune d’entre elles n’a été liée exclusivement à la mort cellulaire. Aucun moyen n’a été trouvé pour chauffer sélectivement les organites subcellulaires afin de mieux comprendre la ou les cibles critiques de la chaleur. Néanmoins, plusieurs possibilités ont été suggérées.
Un certain nombre de chercheurs ont constaté que le choc thermique réduit la capacité des cellules à incorporer de la thymidine dans l’ADN (Mondovi et al., 1970; Reeves, 1971; Plagemann et Erbe, 1972). Cette inhibition de l’incorporation de la thymidine pourrait être due à des dommages au mécanisme de transport de la thymidine, qui contrôlerait l’incorporation de l’ADN (Plagemann et Erbe, 1972). Cependant, il a été démontré que le pool de précurseurs marqué ne diminuait pas suffisamment pour expliquer la forte diminution de l’incorporation de thymidine dans les cellules rénales de porc (Plagemann et Erbe, 1972).
Dewey et coll. (1971) ont constaté que la chaleur induisait des aberrations chromosomiques dans les cellules CHO synchrones. La fréquence d’aberration était trop faible pour expliquer la létalité cellulaire dans les cellules M et G1 (moins d’une aberration par cellule lorsque la survie était réduite à 37%), mais pourrait expliquer la destruction cellulaire des cellules en phase S. De plus, la chaleur et l’analogue de la thymidine bromodésoxyuridine (BUdR), lorsqu’ils agissent ensemble, tuent les cellules de manière additive, ce qui suggère que les mêmes structures ont été endommagées par les deux agents. Il a ensuite été émis l’hypothèse que la chaleur et le BUdR produisent tous deux des lésions exprimées en dommages dans l’ADN, mais que la chaleur produit des dommages dans la protéine chromosomique, peut-être des enzymes de réparation, et que le BUdR produit des dommages dans l’ADN. Ensuite, les dommages dans la protéine chromosomique pourraient interagir avec les dommages BUdR dans l’ADN ou pourraient entraîner une inhibition de la réparation des dommages à l’ADN. Cette hypothèse est étayée par la similitude entre les énergies d’activation pour tuer la chaleur (141 kcal/mole) et l’inactivation des protéines (Westra et Dewey, 1971). Les dommages à l’ADN médiés par les protéines survenant pendant G1 ne se sont apparemment pas manifestés comme des aberrations chromosomiques, probablement en raison de l’association plus stabilisée entre ces composants de la chromatine pendant G1. On pensait que le mécanisme de destruction des cellules mitotiques était la destruction du fuseau, à l’origine de la fréquence élevée des cellules tétraploïdes observées dans ces expériences.
La sensibilité à la chaleur varie considérablement d’une lignée cellulaire à l’autre. Les cellules prostatiques de souris n’ont pas été tuées jusqu’à 5 heures à 43 °C, alors que la survie des cellules prostatiques transformées en hydrocarbures était de 0,37 après 2 1/2 heure de traitement thermique (Chen et Heidelberger, 1969). Le nombre de minutes de chaleur nécessaires pour réduire la survie des cellules leucémiques L1210 et des cellules HeLa à 37% sur la partie exponentielle de la courbe de survie (D0) a été montré à 12 min et 30 min à 43 ° C, respectivement (Palzer et Heidelberger, 1973a). De plus, le taux d’inactivation thermique des cellules CHO (Westra et Dewey, 1971) était dix fois plus élevé que le taux d’inactivation des cellules rénales de porc (Harris, 1967).
La quantité de retard de division après chauffage (Westra et Dewey, 1971; Palzer et Heidelberger, 1973b) s’est avérée beaucoup plus longue que le retard produit par une dose de rayonnement qui réduit la survie d’une quantité similaire (Westra et Dewey, 1971). Cela suggère que les lésions responsables du retard de division ou les lésions responsables de la létalité sont différentes pour les deux modalités.
En déterminant la réduction de survie causée par une dose constante de chaleur sur des cellules synchronisées, il a été montré pour les cellules CHO (Dewey et al., 1971; Westra et Dewey, 1971), les levures (Schenberg-Frascino et Moustacchi, 1972), les cellules HeLa (Palzer et Heidelberger, 1973b) et les cellules méristématiques (de la Torre et al., 1971) que les cellules en phase S (de la Torre et al., 1971; Dewey et coll., 1971; Westra et Dewey, 1971; Schenberg-Frascino et Moustacchi, 1972; Palzer et Heidelberger, 1973b) et les cellules en phase M (Westra et Dewey, 1971) étaient les plus sensibles par rapport aux cellules des autres phases du cycle cellulaire. Cette découverte contraste directement avec les études d’irradiation, où les deux in vitro (Sinclair, 1968; Dewey et al., 1970) et in vivo (Gillette et al., 1970; Dawson et coll., 1973), la phase S est la phase la plus radiorésistante. En raison de la spécificité du cycle cellulaire de la létalité thermique, l’induction d’une synchronie partielle suite à des traitements thermiques répétés a été suggérée (de la Torre et al., 1971) et observé (Martin et Scloerb, 1964).
Plusieurs chercheurs ont rapporté que les cellules néoplasiques sont plus sensibles à la chaleur que les cellules normales (Mondovi et al., 1969; Levine et Robbins, 1970; Turano et coll., 1970; Muckle et Dickson, 1971). Cela peut résulter de carences nutritionnelles ou d’autres facteurs qui peuvent rendre le tissu malin plus sensible à la chaleur. Cependant, des exceptions existent (Chen et Heidelberger, 1969; Kachani et Sabin, 1969), et dans la plupart des cas, une morphologie ou un métabolisme altérés a été assimilé à une destruction cellulaire. Par conséquent, dans les données suggérant une sensibilité sélective à la chaleur des cellules cancéreuses (Mondovi et al., 1969, 1970; Levine et Robbins, 1970; Turano et coll., 1970; Muckle et Dickson, 1971; Overgaard et Overgaard, 1972a; Kim et al., 1974), il n’a pas été prouvé que pour le critère de la mort reproductive, les cellules tumorales sont plus sensibles à la chaleur que les cellules normales à partir desquelles la tumeur est née.
L’application fractionnée de chaleur n’a été étudiée que brièvement. Palzer et Heidelberger (1973a) ont examiné la récupération de cellules HeLa asynchrones entre des doses fractionnées de chaleur. Leurs données indiquent que les cellules étaient capables de réparer les dommages causés par la chaleur sublétale en 6 heures. De plus, la fluctuation de la fraction survivante suggère une synchronisation partielle de la population asynchrone à la suite de la première dose. Il y avait une diminution de la survie après une augmentation initiale due à la réparation des dommages causés par la chaleur sublétale. La diminution de la survie a été interprétée comme le résultat de la redistribution des cellules dans une phase plus sensible du cycle cellulaire en raison de la synchronisation partielle induite par la première dose de l’agent létal.
Gerweck et coll. (1974) ont étudié la capacité de la chaleur à tuer les cellules hypoxiques in vitro. L’hypoxie a été produite dans les cellules CHO par une technique de gazage rapide. Les courbes de survie aux radiations pour les cellules CHO aérobies et hypoxiques ont révélé un rapport d’amélioration de l’oxygène (REO) de 2,5, indiquant que l’hypoxie radiobiologique était atteinte. Le chauffage s’est fait par immersion dans de l’eau à 45,5 °C pendant des intervalles de temps variables. Des courbes de survie à la chaleur des cellules aérobies et hypoxiques ont ensuite été construites qui ont révélé que les cellules hypoxiques étaient au moins aussi sensibles à la chaleur et peut-être légèrement plus sensibles à la chaleur que les cellules aérobies. Le D0 pour les cellules hypoxiques était de 1,2 min et pour les cellules aérobies de 1,8 min.
Schulman et Hall (1974) ont constaté que les cellules de hamster chinois hypoxiques V79 étaient plus sensibles à la chaleur que les cellules aérobies V79. Quarante-trois degrés Celsius étaient nécessaires pour produire des dommages dans les cellules aérobies, tandis que 41 ° C produisaient des dommages dans les cellules hypoxiques.
En résumé, la destruction par la chaleur des cellules de mammifères en culture présente les caractéristiques suivantes: à une température donnée, un tracé du logarithme de la fraction survivante en fonction du temps de traitement est typiquement exponentiel précédé d’un épaulement initial, indiquant que les cellules ont la capacité d’accumuler des dommages thermiques sublétaux et sont ensuite tuées de manière exponentielle avec l’augmentation du temps de traitement. Des études à doses fractionnées indiquent que les cellules ont également la capacité de réparer ces dommages causés par la chaleur sublétale. La sensibilité à la chaleur varie considérablement d’une lignée cellulaire à l’autre. Il existe une sensibilité à l’âge cellulaire, les cellules en phase S et en phase M étant les plus sensibles à la chaleur. La cible endommagée par la chaleur est inconnue, mais une interaction protéine-ADN est au moins une possibilité plausible. Les cellules hypoxiques semblent être plus sensibles à la chaleur que les cellules oxygénées.
