II effekt av hypertermi ensam in Vitro
1967 använde Harris en kloningsanalys med en cell för att erhålla värmeöverlevnadskurvor av pseudodiploida grisnjurceller. Kurvorna bestod av en initial axel följt av en exponentiell nedgång av den överlevande fraktionen och liknade därför kurvor erhållna från strålningsdödande av celler i kultur (Puck och Marcus, 1955). Westra och Dewey (1971) och Palzer och Heidelberger (1973a) har också visat detta fenomen. Detta innebär dock inte likhet med den dödliga mekanismen för de två metoderna.
en Arrhenius-plot av det ömsesidiga av inaktiveringshastigheten uttryckt som en funktion av det ömsesidiga av den absoluta temperaturen för både cho-celler (Cho) och grisnjurceller avslöjade en aktiveringsenergi på 141 kcal/mol för båda typerna över temperaturintervallet 43,5-46,5-C (Westra och Dewey, 1971). Storleken på aktiveringsenergin liknar den som rapporterats för flera enzymer och proteiner (Johnson et al., 1954), och är signifikant större än den aktiveringsenergi som rapporterats för DNA (Eigner et al., 1961; Greer och Zambehof, 1962) vilket tyder på att proteindenaturering kan vara den dödliga värmeskadorna. Entropin för aktivering för de två cellinjerna var emellertid annorlunda.
aktuell kunskap och förståelse för målet / målen och mekanismerna för värmeavdödande är begränsade. Medan ett antal värmeinducerade förändringar av cellulär struktur och metabolism har beskrivits, har ingen av dem uteslutande kopplats till celldöd. Inga medel har visat sig värma selektivt subcellulära organeller för att få insikt i det kritiska målet eller målen för värme. Ändå har flera möjligheter föreslagits.
ett antal utredare fann att värmechock minskar cellernas förmåga att införliva tymidin i DNA (Mondovi et al., 1970; Reeves, 1971; Plagemann och Erbe, 1972). Denna hämning av tymidininkorporering kan bero på skador på tymidintransportmekanismen, som tros kontrollera DNA-inkorporering (Plagemann och Erbe, 1972). Det har emellertid visats att den märkta prekursorpoolen inte minskade tillräckligt för att redogöra för den stora minskningen av tymidininkorporering i grisnjurceller (Plagemann och Erbe, 1972).
Dewey et al. (1971) fann att värmeinducerade kromosomavvikelser i synkrona CHO-celler. Aberrationsfrekvensen var för låg för att redogöra för celldödlighet I m-och G1-celler (mindre än en aberration per cell när överlevnaden reducerades till 37%), men kunde redogöra för celldöd av s-fasceller. Dessutom dödade värme och tymidinanalogen bromodeoxyuridin (BUdR), när de agerade tillsammans, celler additivt, vilket tyder på att samma strukturer skadades av båda agenterna. Det antogs sedan att värme och BUdR båda producerar lesioner uttryckta som skador i DNA, men att värme producerar skador i kromosomalt protein, eventuellt reparerar enzymer, och att BUdR producerar skador i DNA. Då kan skadan i kromosomalt protein antingen interagera med BUdR-skador i DNA eller kan resultera i en hämning vid reparation av DNA-skador. Denna hypotes stöds av likheten mellan aktiveringsenergierna för värmedödande (141 kcal/mol) och inaktivering av proteiner (Westra och Dewey, 1971). Den proteinmedierade DNA-skadan som inträffade under G1 visade sig uppenbarligen inte som kromosomavvikelser, möjligen på grund av den mer stabiliserade föreningen mellan dessa komponenter av kromatin under G1. Mekanismen för mitotisk celldödande ansågs vara förstörelse av spindeln, vilket orsakade den höga frekvensen av tetraploida celler som observerades i dessa experiment.
värmekänsligheten varierar avsevärt mellan cellinjer. Musprostataceller dödades inte i upp till 5 timmar vid 43 kcal C, medan överlevnaden av kolvätetransformerade prostataceller var 0,37 efter 2 1/2 timme värmebehandling (Chen och Heidelberger, 1969). Antalet minuter av värme som krävs för att minska överlevnaden av L1210 leukemiceller och HeLa-celler till 37% på den exponentiella delen av överlevnadskurvan (D0) har visat sig vara 12 min och 30 min vid 43 kcal C, respektive (Palzer och Heidelberger, 1973a). Värmeinaktiveringshastigheten för CHO-celler (Westra och Dewey, 1971) var också tio gånger större än inaktiveringshastigheten för grisnjurceller (Harris, 1967).
mängden delningsfördröjning efter uppvärmning (Westra och Dewey, 1971; Palzer och Heidelberger, 1973b) har visat sig vara mycket längre än fördröjningen som produceras av en strålningsdos som minskar överlevnaden med en liknande mängd (Westra och Dewey, 1971). Detta antyder att antingen de lesioner som är ansvariga för delningsfördröjning eller de lesioner som är ansvariga för dödlighet är olika för de två metoderna.
genom att bestämma överlevnadsreduktionen orsakad av en konstant dos av värme på synkroniserade celler har det visats för CHO-celler (Dewey et al., 1971; Westra och Dewey, 1971), jäst (Schenberg-Frascino och Moustracchi, 1972), HeLa-celler (Palzer och Heidelberger, 1973b) och meristematiska celler (de la Torre et al., 1971) att s-fasceller (de la Torre et al., 1971; Dewey et al., 1971; Westra och Dewey, 1971; Schenberg-Frascino och Moustacchi, 1972; Palzer och Heidelberger, 1973b) och m-fasceller (Westra och Dewey, 1971) var de mest känsliga i förhållande till celler i andra faser av cellcykeln. Detta resultat står i direkt kontrast till bestrålningsstudier, där båda in vitro (Sinclair, 1968; Dewey et al., 1970) och in vivo (Gillette et al., 1970; Dawson et al., 1973) är S-fasen den mest radioresistenta fasen. På grund av cellcykelspecificiteten för värmedödlighet har induktionen av en partiell synkronisering efter upprepade värmebehandlingar föreslagits (de la Torre et al., 1971) och observerade (Martin och Scloerb, 1964).
flera utredare har rapporterat att neoplastiska celler är mer känsliga för värme än normala celler (Mondovi et al., 1969; Levine och Robbins, 1970; Turano et al., 1970; Muckle och Dickson, 1971). Detta kan bero på näringsbrister eller andra faktorer som kan göra den maligna vävnaden mer värmekänslig. Undantag finns dock (Chen och Heidelberger, 1969; Kachani och Sabin, 1969), och i de flesta fall har förändrad morfologi eller metabolism likställts med celldöd. Därför, i data som tyder på en selektiv värmekänslighet av cancerceller (Mondovi et al., 1969, 1970; Levine och Robbins, 1970; Turano et al., 1970; Muckle och Dickson, 1971; Overgaard och Overgaard, 1972a; Kim et al., 1974) har det inte bevisats att tumörceller för kriteriet reproduktiv död är mer värmekänsliga än de normala cellerna från vilka tumören uppstod.
fraktionerad applicering av värme har undersökts endast kortfattat. Palzer och Heidelberger (1973a) undersökte återvinning av asynkrona HeLa-celler mellan delade doser av värme. Deras data indikerar att celler kunde reparera subletal värmeskada på 6 timmar. Fluktuationen i överlevande fraktion föreslog också en partiell synkronisering av den asynkrona populationen som ett resultat av den första dosen. Det var en minskning av överlevnaden efter en initial ökning på grund av reparation av subletal värmeskada. Den minskade överlevnaden tolkades som ett resultat av omfördelning av celler till en mer känslig fas i cellcykeln på grund av partiell synkronisering inducerad av den första dosen av det dödliga medlet.
Gerweck et al. (1974) undersökte förmågan hos värme att döda hypoxiska celler in vitro. Hypoxi producerades i CHO-celler genom en snabb gasningsteknik. Strålnings-överlevnadskurvor för både aeroba och hypoxiska CHO-celler avslöjade ett syreförbättringsförhållande (OER) på 2,5, vilket indikerar att radiobiologisk hypoxi uppnåddes. Uppvärmning var genom nedsänkning i 45,5 C-vatten för varierande tidsintervall. Värmeöverlevnadskurvor för aeroba och hypoxiska celler konstruerades sedan som avslöjade att hypoxiska celler var minst lika värmekänsliga och möjligen något mer värmekänsliga än aeroba celler. D0 för hypoxiska celler var 1,2 min och för aeroba celler 1,8 min.
Schulman och Hall (1974) fann att hypoxiska V79 kinesiska hamsterceller var mer värmekänsliga än aeroba V79-celler. Fyrtiotre grader Celsius var nödvändig för att producera skador i aeroba celler, medan 41 c c producerade skador i hypoxiska celler.
Sammanfattningsvis har värmeavdödande av däggdjursceller i kultur följande egenskaper: vid en given temperatur är en plot av logaritmen för överlevande fraktion som en funktion av behandlingstiden typiskt exponentiell föregås av en initial axel, vilket indikerar att celler har kapacitet att ackumulera subletal värmeskada och sedan dödas exponentiellt med ökande behandlingstid. Split-dosstudier indikerar att celler också har kapacitet att reparera denna subletala värmeskada. Betydande variation i värmekänslighet finns mellan olika cellinjer. En cellålderskänslighet existerar med S-fas-och M-fasceller som är mest värmekänsliga. Målet som skadas av värme är okänt, men en protein—DNA-interaktion är åtminstone en trolig möjlighet. Hypoxiska celler verkar vara mer värmekänsliga än syresatta celler.
