Tumor oxygenation. An integreated anatomic, physiologic, genomic and proteomic approach

Oksygenbehandling av røde svulster i grønne musVi har studert påvirkningen oksygen kan ha på utviklingen av brystkreftsvulster. Oksygen-tilførsel ved hjelp av hyperbar oksygenbehandling har vist seg å både hemme veksten av svulsten, og påvirke viktige parametere som fremmer kreftutviklingen.Kreftsvulster er kjent for å være hypoksiske, det vil si at de har lite oksygen i vevet. Dette skyldes at blodkarsystemet deres er underutviklet og ufunksjonelt. Dessverre har kreftcellene tilpasset seg dette uvennlige miljøet, og evner å vokse og spre seg til tross for lite tilførsel av oksygen. I tillegg er det vist at oksygenmangelen reduserer effekten av både cellegift og strålebehandling og at hypoksi er relatert til dårlig overlevelsesprognose. Vår tanke var derfor at man kunne påvirke kreftutviklingen ved å tilføre oksygen til svulsten, ved å utsette dem for rent oksygen under økt omgivelsestrykk (hyperbar oksygen behandling). Denne behandlingen vil øke mengden løst oksygen i blodplasma og dermed oksygenmengden som når kreftcellene. Ved hjelp av en ny brystkreftmodell har vi videreutviklet studiene våre av oksygenets påvirkning på utviklingen av brystkreftsvulster. I den nye modellen injiseres røde brystkreftceller inn i brystkjertelvevet hos genmodifiserte mus, som uttrykker et grønt fluoriserende protein (eGFP). Dette gir opphav til en rød svulst i en grønn mus! En cellesorterer gjør det videre mulig å fullstendig separere det grønne vevet fra vertsdyret, som infiltrerer tumoren, fra de røde kreftcellene. Denne modellen muliggjør studie av genuttrykk i vertscellene og kreftcellene hver for seg, både i kontrollsituasjonen og videre etter behandling. Genuttrykket viser at det skjer endringer både i vertscellene og kreftcellene etter oksygenbehandling, særlig i gener relatert til blodkarvekst. På samme måte som vi har vist hos rotte tidligere, hemmes veksten av svulstene sammenlignet med kontroll, men resultatene var ikke like fremtredende som i den foregående kjemisk induserte rotte tumormodellen. HBO behandlingen førte til færre blodkar i svulstene, men at mengden celledød eller celledeling ikke endret seg. Resultatene viser at denne brystkreftmodellen muliggjør separering av tumor celler og vertceller og at begge celletyper har særskilte genuttrykk før og etter behandling. Videre viser hyperbar oksygenbehandling at den hemmer vekst av brystkreftsvulster og blodkarene i disse. PhD-oppgaven leveres i overgangen februar/mars, og disputasen blir 28.april 2011.

Kreftsvulster liker ikke oksygenVi har studert påvirkningen oksygen kan ha på utviklingen av brystkreftsvulster. Oksygen-tilførsel ved hjelp av hyperbar oksygenbehandling har vist seg å både hemme veksten av svulsten og påvirke viktige parametere som fremmer kreftutviklingen.Kreftsvulster er kjent for å være hypoksiske, det vil si at de har lite oksygen i vevet. Dette skyldes at blodkarsystemet deres er underutviklet og ufunksjonelt. Dessverre har kreftcellene tilpasset seg dette uvennlige miljøet, og evner å vokse og spre seg til tross for lite tilførsel av oksygen. I tillegg er det vist at oksygenmangelen reduserer effekten av både cellegift og strålebehandling. Vår tanke var derfor at man kunne påvirke kreftutviklingen ved å tilføre oksygen til svulsten, ved å utsette dem for rent oksygen under økt omgivelsestrykk (hyperbar behandling). Denne behandlingen vil øke mengden løst oksygen i blodplasma og oksygenet kan da nå ut til kreftceller som ellers ikke får tilført oksygen via de røde blodcellene. I gruppen vår har vi vist at hyperbar oksygenbehandling av brystkreftsvulster hos rotte krymper disse svulstene. Videre så vi at blodårene som kreftcellene er avhengig av ble redusert i antall, kreftcellene delte seg ikke lenger i like stor grad og et større antall av dem døde. Alle disse faktorene støttet opp om utsagnet at ”kreftsvulster ikke liker oksygen”. Det mest interessante var likevel at oksygenbehandlingen førte til at hele grupper av gener som er viktige i kreftutviklingen ble endret, og gjorde disse behandlede kreftcellene mindre aggressive. Ut fra denne studien kunne vi konkludere med at økt tilførsel av oksygen via hyperbar oksygenbehandling hindret utvikling av kreftsvulsten. For mer informasjon: Se artikkelen i sin helhet i tidskriftet PLoS ONE. http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0006381

Summary of project 911370Tumor oxygenation using HBO (hyperbaric oxygen). An integreated anatomic, physiologic, genomic and proteomic approach.First a summary of the parts of the project description that I have worked with the last 6 months: The specific aims of our studies are: Aim 1: To study oxygenation of a human glioma model. This represents a translational study in an effort to the development of HBO as a new treatment strategy. Especially important in gliomas, since despite a multimodality approach including surgical resection, radiotherapy and chemotherapy, the prognosis of adults with malignant gliomas is poor and the mean survival time is only 12 months. Professor Rolf Bjerkvig and his group have extensive experience in developing unique tumor models to study the growth and progression of human tumors (by implanting human tumor cell lines or biopsy from patients in immunodeficient nude rats). In this part of the project, we will closely collaborate with this group. Aim 2: To identify mechanisms behind hyperoxic suppression of tumor growth and simultaneously identify important oxygen-related genes and proteins that needs to be pursued. Particularly we will: A. Determine and quantify anatomical and biological features that are known to influence tumor growth like; angiogenesis, apoptosis, proliferation and fibrosis. All of these features will be studied by immunostaining procedures and western-blots. Fibrosis will additionally be examined by transmission electron microscopy (TEM). C. Identification of genes that are regulated in response to oxygenation in vivo. We will use whole genomic profiling. Gene-expression profiling will be performed in collaboration with Professor Karl-Henning Kalland that is a specialist in this area. Regarding Aim 1 in the project description, we have performed further studies on the human glioma model. We have studied 4 different groups using MRI: One control group, one HBO group, one group treated with noscapine (anti-tussive agent) and one group treated with a combination of noscapine and HBO. The tumor growth has been assessed, and we have started the analysis of permeability and vascularisation using data from the MRI study. Additionally, we have also started immunostaining sections (CD31,Ki67 and TUNEL) for assessment of vascularisation, proliferation and apoptosis. In addition we are now finishing the work performed on DMBA-induced mammary tumors, and are now writing two articles on this work: 1) “A Mesenchymal to epithelial transition (MET) after hyperoxia in a rat adenocarcinoma model”. 2) “Hyperoxia potentiates the effect of chemotherapy in DMBA-induced mammary tumors”. Both articles contain new results on identification of genes regulated in response to oxygenation (See Aim 2C). Ingrid Moen- Bergen 05.01.09