Химическая радиосесибилизация злокачественных опухолей

Химическая радиосесибилизация злокачественных опухолей
С.Л. Дарьялова, А.В. Бойко, И.И. Пелевина
МНИОИ им. П.А. Герцена, Москва
НИИ химической физики, Москва
Реакция клетки на различные воздействия является результатом большого числа
событий. Часть из них обратима, часть летальна, некоторые зависят от
метаболических и физиологических условий в клетке, другие не зависят. Для
выявления критических структур, обусловливающих поведение клеток,
необходимо изучать все типы повреждений, обладающие вероятностью вызвать
гибель клетки, и все условия, влияющие на вероятность этих повреждений стать
летальными.
Вполне возможно, что в разных физиологических условиях критические структуры
будут меняться или же будет меняться степень их повреждений, так как изменение
окружающих условий приводит к значительному изменению реакции клеток.
При лечении больных злокачественными опухолями мы имеем дело не с
культурами клеток и не только с двумя сложными системами - опухолью и
окружающими ее нормальными тканями, но и организмом-опухоленосителем.
Сегодня мы исходим из постулата о том, что первичное лучевое повреждение
опухоли и нормальных тканей практически идентичны, однако существует
различие в конечном клиническом эффекте: при облучении in situ в организме
можно добиться регрессии опухоли при относительной сохранности нормальных
тканей. В этом случае сохраняются их функции резорбции и репарации, что
необходимо для рассасывания погибших опухолевых клеток и замещения дефекта
тканей в зоне предсуществовавшей опухоли.
Следовательно, преимущества нормальных тканей перед опухолевыми в ракурсе
интересов лучевого терапевта заключаются в тесной нейрогуморальной связи
первых с организмом-носителем, за счет чего быстрее и полнее осуществляется
репарация суб- и потенциально летальных повреждений.
Очевидна справедливость тезиса, сформулированного нашими учителями и
предшественниками, о необходимости концентрации максимума дозы в опухоли
при минимальном, по возможности, облучении нормальных тканей. Современное
технологическое обеспечение лучевой терапии позволяет исключить из мишени
все сколько-нибудь дистанцированные от очага поражения нормальные ткани. Но
окружающие и непосредственно прилежащие к опухоли ткани во избежание
маргинальных рецидивов должны получить полную дозу. Таким образом, понятие
терапевтического интервала следует рассматривать применительно к двум
системам: опухоль и окружающие нормальные ткани.
Вопрос стоит о расширении терапевтического интервала альтернативным путем: за
счет сенсибилизации клеток опухоли либо защиты нормальных тканей.
Ионизирующее излучение, химические соединения и другие факторы внешней
среды приводят к мобилизации всех ресурсов клетки, к инициации целой цепи
процессов, происходящих на разных уровнях клеточной организации. Отдельные
звенья этой цепи, реализующиеся на молекулярном уровне, хорошо изучены, как,
например, некоторые типы повреждения ДНК и отдельные этапы ее репарации.
Однако не исследована связь событий, происходящих на молекулярном уровне с
гибелью клетки и роль в гибели клетки каждого отдельного звена.
Одним из основных вопросов поэтому является вопрос о том, что нужно в клетке
изменить, на какие структуры и процессы подействовать, чтобы добиться
изменения эффекта в необходимом направлении.
Ситуация осложняется при переходе к популяциям клеток в опухолях. Помимо
клеточных факторов, в этом случае необходимо учитывать наличие системы,
которая может реагировать как единое целое, и в то же время характеризоваться
высокой степенью гетерогенности. Опухолям присущи определенные
закономерности роста и развития, причем сами закономерности или их
кинетические параметры варьируют. Для опухолей также важно выяснить, на какие
процессы или структуры в клетках или на какие субпопуляции клеток опухолей и
как нужно воздействовать, чтобы можно было управлять их реакцией.
Для модификации лучевой реакции клеток и опухолей использовали химические
соединения, отличающиеся по структуре и механизму действия, исходя из
следующих предпосылок:

во-первых, свободно-радикальные процессы играют большую роль в
лучевом поражении, и изменение их активности должно сопровождаться
изменением реакции клеток;

во-вторых, ингибиторы синтеза ДНК модифицируют реакцию клеток на
облучение, и этот эффект обычно связывают с подавлением синтеза ДНК;

в-третьих, определенные нарушения структуры ДНК могут сопровождаться
увеличением гибели клеток.
История попыток химической сенсибилизации насчитывает уже несколько
десятилетий. Многие казавшиеся весьма плодотворными идеи пришлось оставить.
Так, кофеин равно ингибировал процессы репарации в опухолях и нормальных
тканях. Другие лекарственные вазоконстрикторы (ангиозин) вызывали в
нормальных тканях спазм сосудов, более выраженный, чем в опухолях.
В нашей стране радиобиологические экспериментальные работы предклинического
уровня выполнены в основном в лаборатории НИИ химической физики под
руководством И.И. Пелевиной. В первую очередь в ее докторской диссертации
было установлено, что:
1) химические соединения разных классов, увеличивающие радиационное
повреждение ДНК, приводят к повышению эффективности радиотерапии
опухолей;
2) для направленного изменения реакции клеток необходимо учитывать временные
параметры действия химиотерапевтических препаратов. Одно и то же химическое
соединение в зависимости от времени контакта с клетками при использовании в
одной и той же концентрации может вызывать уменьшение и увеличение степени
лучевой реакции клеток. Для направленного изменения реакции опухолей
необходимо строгое соблюдение соотношения доз облучения, доз препарата,
временных параметров действия препарата. Выяснение оптимальных схем
воздействия химиотерапевтических соединений необходимо для создания
рациональных основ лечения опухолей;
3) имеются индивидуальные различия в реакции опухолей одного гистогенеза и
размера у разных животных на облучение и воздействие химических соединений.
Эти различия могут быть обусловлены колебаниями доли непролиферирующих
клеток в отдельных опухолях.
4) непролиферирующие и покоящиеся клетки опухолей менее чувствительны к
сенсибилизирующему воздействию химических соединений, чем
пролиферирующие. Покоящиеся клетки могут выживать после облучения и
становиться источником рецидивов.
С целью радиосенсибилизации использовались различные препараты с различными
механизмами действия. Исторически интересно упомянуть о попытке применения
в качестве сенсибилизаторов индукторов синтеза интерферона. В эксперименте
было показано, что введенный до облучения индуктор синтеза ?-интерферона
приводит к увеличению противоопухолевого эффекта, в частности, за счет
улучшения кислородного снабжения опухоли, снижения клоногенной активности
опухолевых клеток, антипролиферативного и антиметастатического влияния.
Однако клинического применения этот способ не нашел. Первый клинический
опыт радиосенсибилизации связан с гипербарической оксигенацией (ГБО).
Выявленные при клинических испытаниях ограничения метода лучевой терапии в
условиях ГБО обусловили необходимость изыскания иных способов повышения
радиочувствительности опухолей на основе использования кислородного эффекта.
Поскольку основным свойством кислорода, позволяющим усиливать радиационное
поражение, является сродство к электрону, логичен был поиск других соединений акцепторов электронов. Этот поиск привел к обнаружению обширного класса
химических соединений, обладающих способностью захватывать электрон, электроноакцепторных соединений (ЭАС).
В отличие от кислорода, ЭАС, помимо быстрого механизма сенсибилизации,
способны к т.н. медленной сенсибилизации, для осуществления которой
необходимо длительное время: за счет связывания сульфгидрильных групп (SН)
восстановителей и избирательного действия на гипоксические клетки, независимо
от облучения.
В клинике с целью усиления степени повреждения опухоли в основном изучены
мизонидазол и метронидазол (МЗ).
В нашей стране эффективность МЗ и методические основы его клинического
применения разработаны в рамках Всесоюзной программы "Модификатор".
Существенным моментом в действии ЭАС оказалась высокая степень зависимости
эффекта от длительности контакта и концентрации препарата в среде. К 1982 г.
опыт зарубежных коллег достигал 2000 наблюдений. Наступивший в конце 80-х
годов спад интереса к ЭАС связан с их высокой токсичностью, хотя в большинстве
исследований коэффициент усиления достигал 1,5. По данным МНИОИ им. П.А.
Герцена, по критерию непосредственной излеченности использование
дистанционной гамматерапии в самостоятельном плане в условиях ГБО повышает
эффективность в 1,87 раза, в сочетании с метронидазолом - в 1,77 раза, и при
полирадиомодификации (МЗ+ГБО) - в 2,13 раза по сравнению с облучением без
модификаторов (при правильном методическом подходе). Было показано, что
степень сенсибилизирующего эффекта зависит от объема опухолевого поражения и
возрастает по мере его увеличения.
Токсическое влияние МЗ во многом определялось необходимостью введения
больших суммарных доз препарата per os, per rectum либо комбинированно, т.к.
таблетированная форма препарата не растворима в воде.
Для преодоления этой ситуации при визуальных новообразованиях было
предложено измельченный МЗ подводить к экзофитным опухолям на тампонах,
смоченных ДМСО. Метод был успешно апробирован у больных раком шейки
матки в Санкт-Петербурге (Жариков Г.А.).
В настоящее время раствор метрагила широко используют для паратуморального
введения (рак шейки матки, прямой кишки, языка). В Белоруссии проходит
апробацию новое ЭАС саназол, предложенное в Японии.
С учетом гетерогенности опухолевой популяции не только в отношении
кислородного насыщения, но и по другим параметрам, было предложено еще
несколько вариантов лекарственной радиомодификации.
Известно, что радиочувствительность клеток в определенной мере зависит от фазы
клеточного цикла. На этом основании возникла идея синхронизации. Теоретикоэкспериментальные предпосылки позволяют отнести к синхронизирующим
агентам 5-фтор-урацил.
В 80-х годах была разработана сложная методика капельного дозированного
внутривенного введения этого препарата в течение 3-5 суток до начала лучевой
терапии. Усиление противоопухолевого эффекта оказалось очевидным, но из-за
сложности методики исследования были оставлены.
В настоящее время доказано, что аналогичного эффекта можно достигнуть при
разовом введении препарата в сутки в течение нескольких дней. Эти данные
послужили стимулом к возобновлению клинических испытаний.
Под воздействием 5-фторурацила клетки, находящиеся в разных фазах клеточного
цикла, тормозятся перед вступлением в фазу S и предположительно вместе
вступают в нее и вместе достигают фазы митоза, наиболее чувствительной к
облучению.
Помимо этого известно, что опухолевые клетки в фазе синтеза ДНК, резистентные
к облучению, проявляют чувствительность в 5-фторурацилу. Поэтому при
сочетанном применении противоопухолевого лекарства и ионизирующего
излучения можно рассчитывать на усиление повреждения опухоли.
Еще одним универсальным механизмом является репарация сублетальных и
потенциально летальных лучевых повреждений, поэтому применение ингибиторов
репарации дает возможность надеяться на увеличение эффекта облучения.
По мере изучения препаратов платины выяснилось многообразие механизмов их
действия: они не только оказывают непосредственное цитостатические влияние на
опухолевую клетку, но и ингибируют репарацию сублетальных и потенциально
летальных постлучевых повреждений и тем самым повышают степень резорбции
опухоли, причем для этого необходимы дозы, значительно меньшие, чем
терапевтические.
Помимо этого производные платины снижают количество межклеточного
метионина. В результате повышается связывание фтордезоксиуридина
монофосфата с тимидилатсинтетазой. Нельзя не принимать в расчет и синергизма
всех трех воздействий.
Базируясь на этих данных, мы разработали схемы химиолучевого лечения, которые
включают оба препарата: 5- фторурацил вводили до начала лучевой терапии,
препараты платины - в сочетании с ней.
В докладе будут представлены результаты указанного варианта
химиосенсибилиз?AIЙ ?? ? ? ?
В докладе будут представлены результаты указанного варианта
химиосенсибилизации более чем у 600 больных (рак орофарингеальной зоны,
носоглотки, шейки матки, легкого и т.д. Коротко говоря о них, можно
констатировать, что эффект настолько выражен, что у ряда изначально
"некурабельных" при использовании традиционных методов лечения больных
удалось добиться стойкого излечения.
Среди лекарственных сенсибилизаторов, вероятно, следует упомянуть и о
гипергликемии. Злокачественная опухоль энергетически питается за счет
анаэробного гликолиза. Отсюда - название "ловушка глюкозы" (В.С. Шапот). В
поверхностных мембранах опухолевых клеток имеются ферменты, обладающие
высоким сродством к глюкозе, благодаря чему эти клетки способны усваивать ее из
окружающей среды даже при низкой концентрации. Потребности опухолевых
клеток в глюкозе не удовлетворяются, поэтому они легко, как своеобразный
"насос" поглощают глюкозу при искусственной гипергликемии, становясь при этом
более ранимыми к любым повреждающим воздействиям, в том числе - к
ионизирующему излучению. Перекисление ингибирует опухолевую
микроциркуляцию, снижает pH, что также ухудшает жизнедеятельность
опухолевых клеток. Нельзя сбрасывать со счетов и тот факт, что при этом
усиливается гипоксия.
Метод успешно и всесторонне изучался и продолжает изучаться в Белорусском
НИИ радиологии и онкологии (Н.Н. Александров). Противоречивость результатов,
недостаточное знание механизмов действия летального и радиомодифицирующего
действия глюкозной нагрузки, сложность и опасность моделирования в клинике
кратковременной искусственной гипергликемии пока препятствуют широкому
использованию этого радиомодификатора в онкологической клинике. Вместе с тем,
сам факт того, что гипергликемия усиливает действие излучения за счет
преимущественного "выбивания" клеток гипоксического радиорезистентного пула
опухоли, выдвигает ее в число перспективных адъювантов лучевой терапии.