Контроль клітинного циклу як основа хіміотерапії
Всі живі істоти мають вроджену здатність розмножуватися і припиняють розмноження з різних причин. Очевидно, контроль забезпечується за невідомим механізмом зворотний зв'язок, можливо, внаслідок контактного феномена (при великому скупченні клітин). На основі знань принципів зростання клітин розроблено методи хіміотерапії (XT); при цьому використовувалися відмінності в характеристиках зростання нормальних та злоякісних тканин.
Популяції тканин, що ростуть, зазвичай також пасивніу дорослому стані, але на відміну від статичної популяцій вони зберігають здатність до швидкої проліферації у відповідь на стрес або пошкодження. Типові приклади зростаючих тканин - гепатоцити та ендотелій. Тканини, що оновлюються, мають найбільшу чутливість до пошкоджень, викликаних хіміотерапевтичними препаратами.
При злоякісному зростанні клітини не припиняють розмноження, коли досягають критичної маси. Таке нерегульоване зростання з'являється внаслідок поєднання втрати контролю клітинного циклу та пошкодження нормальних апоптотичних механізмів. Незважаючи на неконтрольоване зростання, злоякісний клітинний поділ не відбувається швидше за нормальний клітинний поділ.
В основному зростання пухлин характеризується динамікою Гомперца: оскільки пухлина збільшується, час, необхідний для подвоєння, також поступово збільшується. Таким чином, мабуть, на ранніх стадіях пухлинні клітини ростуть експоненційно, але як тільки збільшується пухлинна маса, прогресивно збільшується і час подвоєння, хоча у людини воно може сильно відрізнятися. Наприклад, ембріональні пухлини та деякі лімфоми мають порівняно короткий час подвоєння (20-40 днів), тоді як аденокарциноми та плоскоклітинний рак відносно довгий (50 - 150).днів).
Було дано три поясненняцього пролонгованого часу подвоєння: 1) збільшення часу проходження клітинного циклу (часу від одного мітозу до іншого); 2) зменшення кількості клітин, що беруть участь у процесі поділу в пухлини; 3) збільшення загибелі пухлинних клітин внаслідок недостатньої кількості поживних речовин та кровопостачання.
Модель Гомперцамає важливе значення для розуміння прогресування злоякісних новоутворень. По-перше, як правило, метастази мають більш короткий час подвоєння, ніж первинне вогнище. Якщо припустити, що експоненційне зростання при злоякісному процесі спостерігається рано і злоякісне новоутворення бере початок від однієї-дінової клітини, то щоб діаметр вузла досяг 1 мм, необхідно приблизно 20 подвоєння. Пухлина діаметром 5 мм (розмір, який дозволяє розпізнати пухлину на рентгенограмі) зазнала 27 подвоєння.
З цього випливає, щобпухлинадосягла розміру 1 см, необхідно 30 подвоєнь; було б добре, якби практикуючий лікар визначив таку ранню поразку. Однак ця «рання» поразка вже зазнала 30 подвоєння, можливо, із суттєвою зміною ДНК. Виходячи з цього, клінічні методи, доступні в даний час, часто дозволяють розпізнати злоякісні новоутворення лише на пізній стадії їх зростання і велика ймовірність того, що метастатична форма хвороби розвинеться раніше від клінічного виявлення первинного вогнища.
Ще одинвисновок, зроблений на основі цієї інформації про кінетику: на пізніх стадіях пухлинного росту невелика кількість подвоєнь пухлинної маси істотно впливає на розмір пухлини і стан хворого. Як тільки пухлина стає пальпується (1 см в діаметрі - 30 подвоєння), всього лише 3 подвоєння призведуть до утворення великої пухлини (8 см в діаметрі).
Модель Гомперцамає клінічне значення, що призвело до багатьох досліджень ефективності хіміотерапії (XT). Оскільки пухлина чутлива до лікування (тобто її розмір зменшується), передбачається, що час подвоєння зменшився внаслідок великої кількості клітин, що вступають у клітинний цикл. Внаслідок цього підвищується відсоток метаболічно активних клітин, тому збільшується чутливість популяції злоякісних клітин до фазоспецифічних препаратів.
Це призвело до використання післяфазонеспецифічних препаратів(наприклад, циклофосфаміду), що зменшують пухлинну масу, фазоспецифічних (наприклад, метотрексату). Хоча такі послідовні комбінації теоретично були привабливими, жодна з них не показала значних результатів у клінічних випробуваннях. Інший висновок концепції динаміки зростання Гомперца полягає в тому, що метастази, як очікується, можуть бути більш чутливими до хіміотерапії (XT) взагалі і до фазоспецифічних препаратів зокрема, ніж первинна пухлина, від якої вони походять.
Чим менше розмір метастатичного вогнища, тим більше відмінностей у його чутливості в порівнянні з первинною пухлиною. Тому несприйнятливість первинної пухлини до схеми препаратів, що призначається, не завжди передбачає реакцію метастазів до того ж режиму хіміотерапії (XT).
Адекватне використання препаратівдля лікування злоякісних новоутворень має призводити до вибіркового знищення пухлинних клітин. Це твердження ґрунтується на гіпотезі «клітинної загибелі», яку вперше описав Skipper та співавт. На моделі лейкозу L1210 було розроблено такі чотири принципи. 1. Виживання тварин, що мають злоякісне новоутворення, обернено пропорційна кількості злоякісних клітин. 2. Одна-єдина клітина здатна до розмноження і зрештою призведе до загибелі господаря. 3. Для більшості препаратів існує чіткий взаємозв'язок між дозою та здатністю знищувати пухлинні клітини. 4. Встановлена доза препарату знищує певну частку клітин, а не певну кількість, незалежно від існуючої кількості клітин.
Четвертий і найважливіший принцип має на увазі, що хіміопрепарати впливають відповідно до динаміки першого порядку, тобто вони знищують певну частку клітин, а не певну їх кількість. Ця концепція має важливе значення для протипухлинного лікування. Одна доза протипухлинного препарату може знизити чисельність пухлинних клітин у 102-104 разів. При загальному пухлинному навантаженні 10 12 клітин (1 кг) одноразова доза зможе знищити велику кількість клітин, але не призведе до лікування.
Таким чином, необхідні переривчастікурси хіміотерапії(XT), щоб досягти величини клітинної загибелі, необхідної для повного знищення пухлини. Практично, щоб повністю знищити пухлинні клітини, необхідно: • збільшити сумарнудозу препарату або препаратів до максимальної переносимої; • розпочати лікування, коли кількість клітин досить мала, що дозволить знищити пухлину раціональними сумарними дозами препаратів.
З цієїгіпотезибуло зроблено логічний висновок про те, що перспектива повного одужання максимальна на ранніх стадіях захворювання. У минулому хіміотерапію (XT) застосовували в основному для лікування дисемінування злоякісного новоутворення, при локальному поширенні процесу вибирали хірургічне втручання та/або ЛТ. Однак ця концепція «логарифмічної загибелі» розумно обґрунтовує принципи ад'ювантної XT, які передбачають існування після первинної операції клітинної маси, що не виявляється, 10 1 — 10 4 клітин, яка здатна викликати рецидив пухлини. Така невелика пухлина особливо чутлива до хіміотерапії (XT).
Для кращого розуміння клітинної кінетики необхідно розглянути клітинний цикл. Всім клітинним розподілам передує накопичення необхідних речовин для реплікації. Час, протягом якого клітина здійснює один цикл росту і клітинного поділу, називають часом генерації. Існує п'ять основних фаз. Фаза G1 (від англ. gap - проміжок, перерва) займає зазвичай 4-24 год. Якщо ця фаза триває довше, клітина зазвичай переходить у фазу G0, або спокою. Фаза S - фаза синтезу ДНК і зазвичай триває 10-20 год. Фаза G2 вважається передмітотичною, яка триває 2-10 год.
І нарешті, фазаМ, коли відбувається безпосередньо мітоз, займає 0,5 - 1 год. Пухлина не має більш швидкого часу генерації, але має більше клітин в активній стадії реплікації, ніж у нормальних тканинах. Нормальні тканини мають велику кількість клітин у фазі G0, з якої вони повільно переходять до поділу або виходять із циклу.
Очевидно, деякі хіміопрепарати впливають на окремі фази клітинного циклу. Вважають, що алкілуючі засоби впливають на всі фази - від G0 до мітозу. Їх називають фазонеспецифічними засобами. Ймовірно, такі препарати, як гідроксимочевина, доксорубіцин (Адріаміцин) і метотрексат, діють переважно у фазі S. Вважають, що блеоміцин діє у фазі G2, а вінкрістин – у фазі М. Ці препарати називають фазоспецифічними засобами, тому що вони виявляють вплив лише на клітини, що знаходяться у певній фазі клітинного циклу розмноження. Стероїди, фторурацил та цисплатин мають подібний вплив на клітинний цикл розмноження.
Теоретично, якщо в окремому злоякісному новоутвореннітерапевтичні препаративпливають тільки на клітини, які діляться, а більшість пухлинних клітин ділиться, на відміну від клітин нормальної тканини, то правильні інтервали між хіміопрепаратами та їх комбінації, що діють у різні фази клітинного циклу, сприятимуть знищенню більшої кількості пухлинних клітин, ніж нормальних. Вивчення кінетики у людей та тварин дозволяє припустити, що пухлини, які вилікували за допомогою XT, мають величезну частку клітин у фазі проліферації (наприклад, гестаційна хоріокарцинома та лімфома Беркітта).
Стадія захворювання, а не загальна маса пухлини вважається найважливішим фактором при використанні ЛТ або хірургічного втручання, але при застосуванні XT найбільш важливий критерій - загальна маса пухлини. Коли зменшується обсяг пухлини, пухлинні клітини, що залишилися, можуть почати активно ділитися (вони переходять з фази G0 в більш сприйнятливі клітини циклу розмноження), таким чином стаючи сприйнятливими до XT. Хіміопрепарати, як і ЛТ, спричиняють загибельклітин відповідно до кінетики першого порядку, тобто популяція пухлинних клітин зменшується на певний відсоток, незважаючи на початкову кількість клітин. Якщо пухлинне навантаження невелике, то можна провести менше циклів хіміотерапії (XT). 1 мг пухлини, як правило, складається з 106 клітин; 1 см 3 - з 109 клітин. Смерть хворого, як правило, настає при вмісті пухлини 10 12 клітин.