Titelaufnahme

Titel
Induktion einer lokalen Hypoxie in der Mundschleimhaut durch fraktionierte Bestrahlung und deren Modulation durch Dermatansulfat: Analyse von HIF-1α
Weitere Titel
Induction of Local Hypoxia in Oral Mucosa by Fractionated Irradiation and its Modulation by Dermatan Sulphate: Analysis of HIF-1α
AutorInnenMorava, Susanne
Erschienen2015
Datum der AbgabeJuli 2015
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)Molekulare Biotechnologie / Strahlentherapie / Oral Mukositis / fraktionierte Bestrahlung / HIF-1alpha / Dermatansulfat / Mausmodell / Immunhistochemie
Schlagwörter (EN)Molecular Biotechnology / Radiation Oncology / Oral Mucositis / Fractionated Irradiation / HIF-1alpha / Dermatan Sulphate / Mouse Model / Immunhistochemistry
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Krebserkrankungen sind neben Herz- und Kreislauferkrankungen eine der häufigsten Todesursachen in den Industrienationen. Die Strahlentherapie ist eine der effektivsten Methoden zur Therapie von bösartigen Tumoren. Für die Behandlung von Tumorerkrankungen im Kopf-Hals-Bereich wird die Strahlentherapie oft in Kombination mit chirurgischen Eingriffen und/oder Chemotherapie eingesetzt. Trotz optimaler Dosisapplikation und moderner Bestrahlungstechniken kann dabei eine Bestrahlung von Normalgewebe mit signifikanten Dosen (innerhalb des Tumors, in räumlicher Nähe dazu oder in Ein- und Austrittskanälen der Strahlung) nicht verhindert werden. Dadurch entsteht ein Risiko zur Entstehung von frühen und späten Nebenwirkungen. Zu den häufigsten dosis-limitierenden frühen Nebenwirkungen zählt die orale Mukositis. Es handelt sich dabei um eine Epithelreaktion, die von Entzündungsreaktionen und Perfusions-Veränderungen begleitet wird. Was zu einer zu einer lokalen Hypoxie führen kann. Bislang wurde noch keine biologisch-basierte Methode zur Vorbeugung oder Behandlung der radiogenen oralen Mukositis etabliert.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine mögliche lokale Hypoxie in bestrahlter oraler Mukosa (Maus) und eine mögliche Modulation durch Dermatansulfat durch Analyse des intrinsischen Hypoxiemarkers HIF-1α zu untersuchen. In präklinischen Studien zeigte sich eine signifikante Reduktion der oralen Mukositis während der fraktionierten Strahlentherapie mit gleichzeitiger Applikation von DS.

Die vorliegenden Untersuchungen wurden in einem Mausmodell der strahleninduzierten oralen Mukositis durchgeführt. Die Bestrahlung erfolgte täglich fraktioniert (5 x 3 Gy/Woche) über einen Bestrahlungszeitraum von 2 Wochen (an den Tagen 0-4, 7-11) alleinig, oder mit Zugabe von DS (4 mg/kg, täglich ab Tag -3). Die Expression des intrinsischen Hypoxiemarkers HIF-1α im Epithel der Zungenunterseite wurde durch immunhistochemische Untersuchungen quantifiziert.

Die alleinige Bestrahlung resultiert in einer initialen Abnahme der Zellzahl im Epithel und einer starken, progressiven Zunahme von HIF-1α positiven Epithelzellen auf 200% (von durchschnittlich 35 Zellen pro 250µm Epithellänge) in den ersten 4 Tagen. Bei einer DS-Behandlung nimmt die Zellzahl am Anfang der Bestrahlung nicht ab, sondern steigt leicht (nicht signifikant). Die Zellzahlen des Epithels bei zusätzlicher DS-Behandlung sind im Vergleich zu nur bestrahlten Proben nicht signifikant erhöht. Darüberhinaus reduziert DS die Anzahl der HIF-1α positiven Zellen in der zweiten Behandlungswoche. Während des gesamten Versuchsverlaufs kommt es zu keinen signifikanten Veränderungen der Epitheldicke. Der initiale Anstieg der Zellzahl und die Minderung der HIF-1α – assoziierten Hypoxie tragen möglicherweise zur mukoprotektiven Wirkung von DS bei. Somit besteht die Möglichkeit, dass die Hypoxie unter Bestrahlung die Entstehung und Ausprägung der oralen Mukositis hemmt und somit ein mögliches Target für biologisch-orientierte Therapieansätze darstellt.

Zusammenfassung (Englisch)

Cancer is one of the most common causes of death in developed countries, besides heart and vascular diseases. Radiotherapy is an effective treatment option for malignant diseases. For head-and-neck cancer treatments, radiotherapy is applied, alone or in combination with surgery and/or chemotherapy. Despite optimal administration and modern irradiation techniques, a significant volume of normal tissues (within the target volume, in proximity or in entrance and exit channels of the radiation beams) must be exposed to a significant radiation dose. This bears a risk for the development of early and late side effects. One of the most frequent and dose-limiting early side effect is ulcerative oral mucositis. It is the radiation response of the oral epithelium (i.e. hypoplasia and ulceration), accompanied by an inflammatory response and local perfusion changes, which can result in manifestation of local hypoxia. So far, no biology-based strategy for prophylaxis or management of radiation-induced oral mucositis has been established.

The aim of the present study therefore was to characterize the effect of fractionated irradiation on the expression of the intrinsic hypoxia marker HIF-1α and its potential modulation of dermatan sulphate. Preclinical studies have shown a significant reduction of oral mucositis by application of DS during fractionated radiotherapy.

In the present study all experiments was performed in an established mouse model of radiation-induced oral mucositis. Oral mucosa of mice was irradiated daily (5 x 3 Gy/week) over a total treatment time of maximally 2 weeks (on days 0-4, 7-11), with or without DS application (4 mg/kg, daily from day -3). HIF-1α-expression at the epithelium on the lower tongue was quantified by immunhistochemical staining.

Daily irradiation alone resulted in an initial decrease of the total cell numbers in the epithelium and a pathological hypoxia in the tissue. The expression of HIF-1α increased on the first 4 days to 200 % (from 35 cells per 250 µm epithelium length) of the basalium. With DS-application cell numbers did not decrease significantly, but strictly increased (not significant). The cell numbers of the epithelium with DS-application did not increase significantly compared to the group which was irradiated alone. Moreover DS reduced the number of HIF-1α -positive cells in the second week of treatment. During the whole experiment there was no significant chances in the epithelium thickness. The increase in cell numbers and the suppression during irradiation reduces of the HIF-1α associated hypoxia may the mucoprotective effect of DS. Hence, there is a potential that hypoxia may also have an impact on manifestation of oral mucositis. Therefore, it may represent a potential target for biology-based therapeutic approach.

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