Timing van kankerbestralingstherapie kan haaruitval minimaliseren, zeggen onderzoekers

Timing van kankerbestralingstherapie kan haaruitval minimaliseren, zeggen onderzoekers

Ontdekking van de circadiane klok in het haar van muizen onthult een periode waarin schade door radiotherapie snel kan worden hersteld, waardoor het haar intact blijft

LA JOLLA, CA—Ontdekkend dat muizenhaar een circadiane klok heeft – een 24-uurs groeicyclus gevolgd door herstellend herstel – vermoeden onderzoekers dat haarverlies bij mensen als gevolg van toxische kanker, radiotherapie en chemotherapie, tot een minimum kan worden beperkt als deze behandelingen laat in de dag.

De studie, die verschijnt in de vroege online editie van de Proceedings van de National Academy of Sciences (PNAS), ontdekte dat muizen 85 procent van hun haar verloren als ze 's ochtends bestraald werden, vergeleken met een verlies van 17 procent als de behandeling 's avonds plaatsvond.

De onderzoekers, van het Salk Institute for Biological Studies, de University of Southern California (USC) en de University of California, Irvine (UCI), werkten de precieze timing van de circadiane klok van het haar uit en ontdekten ook de biologie achter het uurwerk – de moleculen die het haar vertellen wanneer het moet groeien en wanneer het schade moet herstellen. Vervolgens testten ze de klok met behulp van radiotherapie.

"Deze bevindingen zijn bijzonder opwindend omdat ze een belangrijke stap vormen in de richting van de ontwikkeling van nieuwe bestralingstherapieprotocollen, waaronder het minimaliseren van negatieve bijwerkingen op normale weefsels, zoals haar of beenmerg, terwijl de gewenste effecten op kankercellen behouden blijven", zegt Maksim Plikus, assistent hoogleraar ontwikkelings- en celbiologie aan de UCI en de eerste auteur van de studie. "We zullen onze bevindingen nu toepassen om nieuwe circadiane ritme-gebaseerde benaderingen voor kankertherapie te ontwerpen."

Salk-onderzoekers Satchin Panda en Amandine Chaix.

Afbeeldingen: met dank aan het Salk Institute for Biological Studies

De wetenschappers kunnen niet zeggen dat hun bevindingen direct zullen worden vertaald naar kankertherapie bij de mens, omdat ze die mogelijkheid nog niet hebben bestudeerd. Maar ze zeggen dat het steeds duidelijker wordt dat lichaamsorganen en weefsels hun eigen circadiane klokken hebben die, wanneer ze worden begrepen, kunnen worden gebruikt om medicamenteuze therapie te timen voor maximaal voordeel.

"Er zijn overal in het lichaam klokken - klokken die hun eigen unieke ritme hebben dat, zo ontdekten we, weinig te maken heeft met de centrale klok in onze hersenen", zegt de co-hoofdonderzoeker van de studie, Satchidananda Panda, een universitair hoofddocent in Salk's Regelgevend Biologisch Laboratorium en een expert op het circadiane ritme.

"Dit suggereert dat het geen goed idee is om een ​​medicijn aan een orgaan toe te dienen terwijl het grotendeels inactief is. Je zou meer schade kunnen aanrichten aan het orgaan dan wanneer het wakker is, terwijl het zichzelf repareert en herstelt”, zegt Panda. "Als je weet wanneer een orgaan zichzelf herstelt, kun je misschien krachtigere doses van een medicijn of therapie toedienen. Dat zou een beter resultaat kunnen bieden terwijl bijwerkingen worden geminimaliseerd.

Panda maakt gebruik van genetische, genomica en biochemische benaderingen om genen te identificeren onder circadiane regulatie in verschillende organen en om het mechanisme van dergelijke regulatie te begrijpen. Plikus van UCI en Cheng-Ming Chuong, hoogleraar pathologie aan de Keck School of Medicine van USC en de co-lead onderzoeker van de studie, zijn experts op het gebied van haarregeneratie.

Deze onderzoekers en hun collega's werkten samen om de circadiane klok van muizenhaar te vinden en vervolgens uit elkaar te halen. Het was een lange en moeilijke studie, zegt Chuong.

"Haar is een heel gecompliceerd orgaan, met verschillende soorten cellen die verschillende stadia van de levenscyclus doorlopen in een heel kleine ruimte", zegt Chuong. "We ontdekten dat het haar van muizen 's morgens snel groeit en 's nachts vertraagt, waardoor een zeer krachtige klok wordt geactiveerd."

Elke keer dat haarcellen zich delen, nemen ze DNA-schade op die gerepareerd moet worden. De wetenschappers ontdekten dat de haarcellen van muizen die schade vooral 's avonds herstellen. Dit proces is vergelijkbaar met het gebruik van een keukenvaatwasser, zegt Panda. “De meesten van ons laten de vaatwasser draaien nadat we veel vuile vaat hebben verzameld – we laten hem niet elke keer draaien als er een vuile vaat is. Hetzelfde geldt voor cellen. Ze ruimen op – repareren hun DNA – op één keer per dag”, zegt Panda.

Radiotherapie beschadigt het DNA in cellen die zich snel delen, daarom wordt het gebruikt tegen groeiende kankercellen. Dat betekent dat DNA-schade aan haarcellen door radiotherapie die 's ochtends wordt toegediend, pas 's avonds wordt hersteld, wat leidt tot haaruitval. Schade door radiotherapie 's nachts wordt echter geminimaliseerd omdat haarcellen, die al bezig zijn met het repareren van DNA, snel kunnen genezen.

“Hoewel we nog niet weten of menselijk haar dezelfde klok volgt die we in muizenhaar vonden, is het waar dat gezichtshaar bij mannen gedurende de dag groeit, wat resulteert in de spreekwoordelijke schaduw van 5 uur. Er is geen schaduw om 5 uur 's ochtends als je je 's nachts scheert', zegt Panda.

De onderzoekers ontdekten dat kankercellen geen circadiane klokken hebben, omdat ze zich de hele tijd delen.
"Dat betekent dat kankertherapie niet getimed hoeft te zijn om effectiever te zijn", voegt Panda toe. "De timing heeft te maken met het minimaliseren van bijkomende schade van normale cellen die door deze behandelingen worden aangetast."

Wetenschappers weten zeker dat andere organen, zoals de lever, een circadiane klok gebruiken, en ze vermoeden dat al het menselijk weefsel op dezelfde manier wordt gereguleerd, hoewel de klokken anders kunnen worden getimed.

"Er zijn veel klinische implicaties voor deze kakofonie van interne klokken, buiten de timing van medicamenteuze therapie", zegt Panda. “Sommige onderzoekers vermoeden bijvoorbeeld dat obesitas en diabetes ontstaan ​​wanneer een orgaan of organen – misschien de lever of maag of pancreas – zouden moeten slapen, maar wordt gewekt door voedsel dat moet worden verwerkt.

"Deze lokale klokken doen veel meer dan de centrale klok in de hersenen, die voornamelijk de slaap reguleert", zegt hij. "Dit onderzoeksgebied is opwindend en kan op een dag bijdragen aan de menselijke gezondheid."

Andere bijdragende auteurs zijn Christopher Vollmers en Amandine Chaix van Salk, Damon de la Cruz van USC en Raul Ramos van UCI.

De studie werd ondersteund door subsidies van de National Institutes of Health (AR 42177, AR47364, DK091618, P30 CA014195), De Leona M. en Harry B. Helmsley Charitable Trust Stichting Dana Glenn Stichting voor Medisch Onderzoek en Stichting Edward Mallinckrodt Jr. De auteurs verklaren geen belangenconflicten.

Over het Salk Instituut voor Biologische Studies:
Het Salk Institute for Biological Studies is een van 's werelds meest vooraanstaande instellingen voor fundamenteel onderzoek, waar internationaal gerenommeerde faculteiten fundamentele levenswetenschappelijke vragen onderzoeken in een unieke, collaboratieve en creatieve omgeving. Salk-wetenschappers zijn zowel gericht op ontdekking als op het begeleiden van toekomstige generaties onderzoekers en leveren baanbrekende bijdragen aan ons begrip van kanker, veroudering, Alzheimer, diabetes en infectieziekten door neurowetenschappen, genetica, cel- en plantenbiologie en aanverwante disciplines te bestuderen.

Faculteitsprestaties zijn erkend met tal van onderscheidingen, waaronder Nobelprijzen en lidmaatschappen van de National Academy of Sciences. Het instituut, opgericht in 1960 door poliovaccinpionier Jonas Salk, MD, is een onafhankelijke non-profitorganisatie en architectonisch monument.