Zie ook de literatuurlijsten niet-toxische middelen en behandelingen specifiek bij de verschillende vormen van kanker en bij chemo, bestraling en operaties van arts-bioloog drs. Engelbert Valstar

Zie ook in gerelateerde artikelen

14 december 2019: Zie ook dit artikel: 

https://kanker-actueel.nl/hyperthermie-aanvullend-op-chemo-en-bestraling-geeft-gemiddeld-35-procent-betere-resultaten-dan-zonder-hyperthermie-bewijst-reviewstudie-met-meta-analyse-van-38-gerandomiseerde-studies-bij-verschillende-vormen-van-kanker.html

14 december 2019: Bron: Journal of stem cell and transplantation biology

Met dank aan Ton die deze studie vertaalde voor ons met hulp van google translation vermoed ik.

Uit een reviewstudie blijkt dat hyperthermie (zij hanteren wel brede vormen van hyperthermie want noemen ook LITT = Laser-induced Interstitial Thermotherapy bv een vorm van hyperthermie, wat naar mijn idee meer een vorm is van laser ablatie) een therapeutisch effect kan hebben op de kankerstamcellen. Ook in combinatie met chemo of bestraling of ook bv samen met vormen van immuuntherapie. 

Het studieverslag van deze studie: It’s Getting Hot in Here: Targeting Cancer Stem-like Cells with Hyperthermia is gratis in te zien.

Ton gaf ons een Nederlandse vertaling via google translate die ik hier ongewijzigd plaats. Dus zitten wat foutjes in de vertaling maar de kern van het artikel is wel duidelijk lijkt mij. Anders raadpleeg het originele studieverslag.

Onderaan artikel een interessante referentielijst.

Abstract

Kankerstamachtige cellen (CSC's) zijn een subset van kankercellen die resistent zijn tegen conventionele radiotherapie en chemotherapie. Als zodanig is erkend dat CSC's een grote rol spelen bij tumor-initiatie en herhaling. Hoewel hyperthermie algemeen wordt gebruikt bij de behandeling van kanker, alleen of in combinatie met radio- of chemotherapie, is het potentieel om zich op CSC's te richten niet goed bekend. In deze review bespreken we verschillende soorten hyperthermie en mogelijke werkingsmechanismen bij de behandeling van kanker, met name met betrekking tot het doden van CSC's.
Sleutelwoorden: Hyperthermie; Kankerstamachtige cellen; chemotherapie; Cytotoxische behandeling; straling; nanodeeltjes; ablatie; LITT

Invoering

Ondanks de vooruitgang in het begrijpen van de moleculaire veranderingen die ten grondslag liggen aan kanker en verbeterde technologie en behandelingen, blijft kanker een belangrijke doodsoorzaak in Amerika. De hypothese van de kankerstam-achtige cel (CSC) stelt dat een subset van tumorcellen een hoog vermogen tot zelfvernieuwing hebben, het vermogen hebben om in meerdere lijnen te differentiëren en tumoren kunnen veroorzaken [1-4]. Deze CSC's zijn zeer kwaadaardig en kunnen ondanks cytotoxische behandeling aanhouden of zich vermenigvuldigen [1-4]. Daarom spelen deze CSC's een grote rol bij tumorprogressie. Ontwikkeling van nieuwe behandelingsmethoden die zich op CSC's kunnen richten en doden, kan een duurzamere kankerbestrijding bieden [1-4].
Hyperthermie is een krachtige radiosensitizer waarvan in talloze klinische onderzoeken is aangetoond dat deze de tumorcontrole verbetert. Belangrijk is dat de werkzaamheid van hyperthermie wordt gezien bij veel soorten kanker, waaronder borstkanker, prostaatkanker, melanoom, sarcoom, rectumkanker, blaaskanker, slokdarmkanker, baarmoederhalskanker en glioblastoom, wat suggereert dat het brede klinische toepasbaarheid heeft [5–24]. Onlangs is aangetoond dat gecombineerde hyperthermie en straling ook pijnpalliatie verbeteren bij patiënten met botmetastasen in vergelijking met alleen straling . Daarom wordt hyperthermie wijdverbreid gebruikt voor patiënten met zowel locoregionale ziekte als gevorderde kankers en kan het worden gebruikt voor patiënten met verschillende soorten kanker. De waarde van hyperthermie als behandeling wordt al eeuwenlang waargenomen. Van Hippocrates, de vader van de moderne geneeskunde, is bekend dat hij heeft gezegd: 'Degenen die niet door medicijnen kunnen worden genezen, kunnen worden genezen door een operatie. Degenen die niet kunnen worden genezen door een operatie, kunnen worden genezen door hitte. Degenen die niet kunnen worden genezen door hitte, ze zijn inderdaad ongeneeslijk ”. In de loop der jaren hebben medicijnen en operaties aanzienlijke vooruitgang geboekt, en hyperthermie viel langs de weg. In moderne tijden maakt hyperthermie echter een opleving door verbeterde technologie bij het leveren van hyperthermie en door niet-invasieve thermometrietechnieken.
Hyperthermie is ingedeeld in twee brede categorieën op basis van de beoogde verwarmingstemperatuur. Thermische ablatie verwijst naar behandelingen met doeltemperaturen boven 50 ° C en milde temperatuurhyperthermie verwijst naar behandelingen met temperaturen tussen 39 en 43 ° C . Terwijl thermische ablatie tumorcellen grotendeels doodt vanwege de directe cytotoxische effecten van warmte, gebruikt hyperthermie bij milde temperatuur warmte als aanvullende behandeling om de cytotoxische effecten van straling en chemotherapie te verbeteren [26-28]. De biologische effecten van thermische therapie zijn afhankelijk van tijd en temperatuur. De mechanismen die ten grondslag liggen aan de biologische effecten zijn multifactorieel en beïnvloeden de tumorpopulatie zelf, de tumor micro-omgeving en het immuunsysteem.

Methoden voor het toedienen van hyperthermie

Radiofrequente hyperthermie is wereldwijd de meest gebruikte hyperthermie-techniek en wordt meestal gebruikt voor ablatieve verwarming [28-30]. Om verwarming te bereiken, worden radiofrequentie-elektroden onder beeldgeleiding in het tumorweefsel geleid. Een hoogfrequente wisselstroom wordt vervolgens door de elektroden geleid om de snelle oscillatie van ionen in nabijgelegen cellen te veroorzaken, wat resulteert in wrijvingsverwarming [27,31].
Het verwarmingsbereik is beperkt tot het millimeterbereik omdat het afhankelijk is van verwarmd weefsel om stroom naar omliggende gebieden te geleiden . Het korte bereik van verwarming beperkt ook het vermogen om tumoren in de buurt van bloedvaten te verwarmen, omdat de warmte te snel wordt afgevoerd [32,33].

Microgolfhyperthermie is een alternatieve leveringsmethode die enkele beperkingen van radiofrequentiehyperthermie kan overwinnen. Microgolfverwarming gebruikt golven van hogere frequentie om cellen te doden. In tegenstelling tot radiofrequente thermische therapie, laat microgolfhyperthermie geen elektrische stroom door weefsel heen, maar creëert eerder een oscillerend elektromagnetisch veld dat ionen en dipolen dwingt om uit te lijnen met het veld, waardoor ze roteren terwijl het veld oscilleert [31,32,34 ].
Deze rotatie veroorzaakt wrijving die het weefsel verwarmt. Microgolfhyperthermie biedt verschillende voordelen vergeleken met radiofrequentiehyperthermie. Terwijl radiofrequentiehyperthermie afhankelijk is van ionen in weefsel om stroom te geleiden, creëert microgolfhyperthermie een elektrisch veld waarvan het effectieve bereik groter is zonder schade aan weefsel dichter bij de antenne of sonde te riskeren . Microgolfhyperthermie heeft een veel hoger effectief bereik tot 3 cm .

Laser interstitiële thermische therapie (LITT) is een relatief nieuwe methode voor het toedienen van hyperthermie die een stereotactisch geplaatste lasersonde gebruikt om het omliggende weefsel te verwarmen met een laag vermogen (10-15 Watt) infraroodlaser (bij Nd-YAG-bereik) [35,36] . Warmte wordt hoofdzakelijk geproduceerd na absorptie van laser in het weefsel en door geleiding overgedragen tot 1,5 - 2 cm van de lasersonde. Om de mate van thermische ablatie te regelen, wordt een specifieke reeks MRI (MR-thermometrie) gebruikt om relatieve temperatuurveranderingen in het magnetische veld te meten. Voor diepgewortelde laesies, inclusief hersentumoren, wordt LITT gebruikt in combinatie met MR-thermometrie om nauwkeurige thermische ablatie van de doellaesie te geven [35,36]. De minimaal invasieve aard van LITT onder begeleiding van MR-thermometrie heeft de uitbreiding van hyperthermie tot diepe en moeilijk toegankelijke tumoren mogelijk gemaakt, waaronder intracraniële en retroperitoneale tumoren [35,36].

Op hoge intensiteit gerichte echografie (HIFU) (ook wel gerichte echografiechirurgie (FUS) genoemd) maakt gebruik van een echografiebundel met zeer hoge energie om de temperatuur in de doelweefsels snel te verhogen [37-39]. Een enkele HIFU-blootstelling behandelt meestal een zeer klein volume langs de echografie-as. Meerdere belichtingen kunnen naast elkaar worden gebruikt om dekking van een groot tumorvolume te bereiken [37-39]. Een voordeel van HIFU is dat het een steile temperatuurgradiënt creëert in een klein geconcentreerd gebied en effectief een scherpe grens van schade in het doelweefsel creëert terwijl het aangrenzende normale weefsels spaart [37-39].

Nanodeeltjes kunnen ook worden gebruikt om de verwarming in een weefsel te vergroten wanneer ze worden blootgesteld aan elektromagnetische energie [40-42]. Deze deeltjes omvatten magnetische nanodeeltjes (zoals ijzeroxide), goud-silica nanoschalen, massieve gouden nanodeeltjes en koolstofnanobuisjes [40,41]. De buitenste schil van nanodeeltjes kan moleculair worden gemodificeerd om hun verspreiding en opname door specifieke celtypen, waaronder tumorcellen, te vergemakkelijken . Bovendien kunnen nanodeeltjes worden geladen met lading, waaronder cytotoxische geneesmiddelen of oncolytische virussen die kunnen worden vrijgegeven bij verstoring door een warmtebron . Nanodeeltjes kunnen systemisch worden toegediend om het lekkende vaatstelsel van primaire tumoren te benutten om de intra-tumorale afgifte te verbeteren . Nanodeeltjes vertonen echter vaak een fragmentarische, bijna-perivasculaire afzetting in de goed gevasculariseerde gebieden van tumoren .

Sommige bloedvaten zoals die geassocieerd met hersentumoren zijn niet zo lek als bloedvaten gevonden in andere solide tumoren. Hoewel de bloed-hersenbarrière gedeeltelijk wordt doorbroken in regio's met glioomcellen, vormt de 'gecompromitteerde' bloed-hersenbarrière nog steeds een grote uitdaging, vooral in het hypoxische en avasculaire gebied van glioomdispersie . Omdat hoge ruimtelijke concentraties nanodeeltjes vereist zijn voor hyperthermie, is directe intratumorale afgifte van magnetische nanodeeltjes van 12 nm gebruikt in klinische onderzoeken voor de behandeling van hyperthermie van prostaattumoren en recidiverend glioblastoom [47,48]. Wanneer ze worden blootgesteld aan een extern wisselend magnetisch veld, trillen de nanodeeltjes en worden ze warm om de omliggende cellen te doden. Omdat niet-ioniserende elektromagnetische straling op afstand kan worden toegepast om de nanodeeltjes te verwarmen, wordt deze technologie als niet-invasief beschouwd, maar vereist een goede visualisatie van de doeltumor [42,49]. Een typisch nadeel van de toepassing van ijzeroxide-nanodeeltjes is geassocieerd met de onbeperkte uitsluiting van MRI voor daaropvolgende monitoring van tumorprogressie na de eerste injectie van nanodeeltjes en de resterende MR-signalen die interfereren met follow-up MR-beeldvorming.

Hyperthermie bij kankertherapie

Wanneer hyperthermie op een tumor wordt aangebracht, kunnen drie verschillende reactiezones worden onderscheiden op basis van de temperatuur en duur van de verwarming: een centrale zone die direct en onmiddellijk voorbij de aanbrengplaats is, een perifere zone die zich rond de centrale zone bevindt en wordt verwarmd tot een lagere temperatuur en een buitengebied dat niet rechtstreeks wordt beïnvloed door de hitte [28,42,50]. Hyperthermie veroorzaakt cellulair letsel direct en indirect in deze verschillende zones via verschillende mechanismen, hoewel enige overlap kan bestaan. De omvang en het type cellulaire schade varieert als een functie van temperatuur en tijd. Een hoge temperatuur voor een korte periode kan vergelijkbare niveaus van celdood bereiken als een lagere temperatuur gedurende een langere periode.
Directe effecten op tumorcellen: hyperthermie zorgt ervoor dat membraandisfunctie bijdraagt aan celdood. Stijgende temperatuur beïnvloedt de stabiliteit, vloeibaarheid en permeabiliteit van cellulaire membranen, waaronder het plasmamembraan, mitochondriale membranen en andere cytosolische membranen [50,51]. Deze membraanveranderingen kunnen de functie van transmembraan-transporteiwitten, ionkanalen, celoppervlakreceptoren en andere membraan-geassocieerde eiwitten aantasten en lipidenvlotten of signaaltransductiehubs verstoren [50,51]. De mate van membraandisfunctie heeft echter een sterke invloed op het lot van de cellen. Sommige veranderingen in membraanpotentiaal, intracellulair natrium- en calciumgehalte correleren bijvoorbeeld niet goed met de snelheid van celdood [52-54]. Aan de andere kant kan mitochondriale dysfunctie geïnduceerd door hyperthermie leiden tot celdood [50,55].

Een ander direct effect van warmte is de denaturatie van eiwitten, vooral bij hoge temperaturen. Denaturatie en inactivering van deze eiwitten kan een breed scala aan cellulaire processen beïnvloeden, waaronder cellulair metabolisme, eiwitsynthese, nucleïnezuursynthese en DNA / RNA-polymerisatie [50,56]. Na milde hyperthermie kunnen sommige cellulaire functies herstellen. Eiwitten kunnen opnieuw worden gevouwen en RNA- en eiwitsynthese kan herstellen. DNA-replicatie en -reparatie blijven echter doorgaans onderdrukt . Men denkt dat dit te wijten is aan de aggregatie van gedenatureerde eiwitten in de nucleaire matrix en onomkeerbare veranderingen in de chromatinestructuur die de DNA-synthese en -herstel nadelig beïnvloeden . Hyperthermie kan de functie van DNA-polymerasen-a en –b remmen en kan ook de afbraak van het DNA-reparatie-eiwit BRCA2 vergemakkelijken om homologe recombinatie te remmen [57,58]. Aangenomen wordt dat hyperthermie zelf geen ernstige DNA-schade veroorzaakt, maar eerder indirect bijdraagt aan DNA-schade door de efficiëntie van de reparatieapparatuur voor DNA-schade te verminderen .

Hyperthermie kan celdood veroorzaken door necrose en apoptose. De cellen in centrale applicatiezones, die worden geconfronteerd met hoge temperaturen, sterven meestal door necrose. Sommige subpopulaties van cellen kunnen echter ontsnappen aan onmiddellijk hyperthermisch doden. Deze resistente cellen in de centrale zone en de cellen in de perifere zone, die hyperthermie bij lagere temperatuur ontvangen, kunnen binnen uren na het stoppen met warmte sterven [50,51]. Milde temperatuurhyperthermie kan apoptose induceren via zowel de intrinsieke als extrinsieke paden. Hyperthermie kan Caspase-2 activeren, dat vervolgens bindt aan het adapter-eiwit RAIDD om Bim te splitsen en te activeren, dat mitochondria-afhankelijke apoptose bevordert . Hyperthermie kan Bim ook activeren om Caspase-2 onafhankelijke apoptose te induceren. Bovendien kan hyperthermie Fas, tumornecrosefactor a (TNF-a) en tumornecrosefactor-gerelateerde apoptose-inducerend ligand (TRAIL) activeren om de extrinsieke apoptotische route te activeren [61,62]. Bovendien kan warmtebehandeling de productie van reactieve zuurstofsoorten (ROS) te verhogen door activering van xanthine oxidase en / of het vergemakkelijken van mitochondria ademhaling te produceren O 2 - . Bovendien heeft hyperthermie een negatieve invloed op de expressie van SOD1 en de enzymatische activiteiten van SOD1 en SOD2, terwijl het NADPH-oxidase kan activeren [63-65]. Deze toename in ROS kan apoptose vergemakkelijken [66,67].

Wijzigingen in de micro-omgeving van Tumor
Hyperthermie kan ook de micro-omgeving van de tumor wijzigen om tumorgroei en -herhaling te moduleren. Van hyperthermie is bekend dat het de perfusie in het weefsel verhoogt en de integriteit van bloedvaten aantast [33,68-70]. Hyperthermie kan endotheelcellen beschadigen, de kleefkracht van de vaatwand veranderen en de lekkage van bloedvaten en viscositeit van bloed verhogen . Deze veranderingen in perfusie kunnen de lokale pH, zuurstof en voedingsstoffen in de tumor beïnvloeden, waardoor ze meer gestrest en vatbaarder worden voor cytotoxische therapie . Hyperthermie kan ook de tumoroxygenatie verbeteren, waardoor cellen gevoeliger zijn voor straling en kan de penetratie van chemotherapie in de tumoren verbeteren [69,72].

Lokale hyperthermie kan ook het immuunsysteem beïnvloeden en de anti-tumor immuunrespons versterken. Met verhoogde perfusie kan hyperthermie de penetratie van de immuuncellen in de tumor verhogen [73,74]. Door hyperthermie gemedieerde tumorceldood geeft de intracellulaire inhoud van tumoren vrij, waaronder RNA, DNA, metabolieten en eiwitten die immunogeen zijn . De tumorspecifieke moleculen worden opgenomen door dendritische cellen en macrofagen en veroorzaken specifieke antitumor aangeboren en aangepaste immuunresponsen. Hyperthermie bevordert ook de productie en afgifte van pro-inflammatoire cytokines uit tumorcellen en verhoogt de serumspiegels van interleukine-1β (IL-1β), IL-6, IL-8 en tumornecrosefactor-α (TNFα) [76–78] . Inductie van hitteschokeiwitten (HSP's) kan ook de immuniteit tegen tumoren verbeteren. Extracellulaire HSP's fungeren als chaperones om antigenen te binden die vrijkomen door afstervende tumorcellen. De eiwitcomplexen worden herkend en geïnternaliseerd door antigeenpresenterende cellen (APC's) [79-81]. HSP's activeren ook NK-cellen, T-lymfocyten en macrofagen om een veelzijdige antitumorreactie te bieden [80-82].
thermo

Wanneer tumorcellen worden blootgesteld aan subletale thermische behandeling, kunnen ze tolerantie ontwikkelen voor opeenvolgende thermische stress. Dit fenomeen wordt thermotolerantie genoemd . Talrijke biochemische en moleculaire veranderingen zijn bij dit proces betrokken. Thermotolerantie kan het gevolg zijn van de accumulatie van heat shock proteïnen (HSP's), die bij voorkeur worden opgereguleerd door transcriptionele en translationele mechanismen bij hyperthermische stress . Hsp90-, Hsp70-, Hsp60- en Hsp27-families spelen een cruciale rol in thermotolerantie door de eiwitstructuur te handhaven, eiwitaggregatie te voorkomen en het opnieuw vouwen van eiwitten onder hittestress te vergemakkelijken [83,84]. HSP's reguleren ook apoptose. HSP's reguleren ook apoptose via caspase-afhankelijke en onafhankelijke paden . Hsp27 en Hsp70 kunnen ook de translocatie van pro-apoptotische factor Bid naar mitochondriën remmen. Hsp70 kan de splitsing en activering van Bid remmen om door mitochondria gemedieerde apoptose te onderdrukken [86,87]. HSP's kunnen ook door Fas, TNF en TRAIL gemedieerde apoptose onderdrukken door binding aan en Daxx en ASK-1 of door het moduleren van IKK complexe stabiliteit en activiteit. Hyperthermie kan ook andere signaalroutes beïnvloeden, waaronder Integrin-linked kinase, JNK en p38 MAPK-kinase-activiteiten die bijdragen aan thermotolerantie [86,87]. Hoewel thermotolerantie in vitro wordt gezien, is de impact ervan op de klinische werkzaamheid van hyperthermie controversieel.

Bijwerkingen van hyperthermie
Naast thermotolerantie is een andere factor die tijdens hyperthermie moet worden overwogen, de mogelijke bijwerkingen. Deze nadelige effecten zijn voornamelijk te wijten aan normale celschade en zijn afhankelijk van het te behandelen gebied. Bij hyperthermie van het hele lichaam, die is gebruikt om metastatische kankers te behandelen met chemotherapie in klinische onderzoeken, kan hyperthermie van het hele lichaam bijwerkingen veroorzaken, waaronder diarree, misselijkheid, braken en meer zelden resulteert in cardiale en vasculaire disfunctie [6,88].

In regionale en lokale hyperthermie kunnen normale cellen in de buurt van de beoogde kankercellen worden beschadigd door hitte. Beperkingen bij het richten van warmte op het tumorvolume of suboptimale thermometrie in het verwarmde gebied kunnen lokale gebieden van warmte-afzetting veroorzaken die normaal weefsel kunnen beschadigen [6,88,89]. Deze met hyperthermie geassocieerde bijwerkingen omvatten weefselzwelling, erytheem, blaarvorming van de huid of brandende pijn in het verwarmde volume, in het geval van oppervlakkige hyperthermie. De meeste van deze bijwerkingen zijn omkeerbaar en genezen na conservatieve maatregelen [6,9,88,89].

Bijwerkingen van hyperthermie voor diepere weefselverwarming zijn afhankelijk van het orgaan dat wordt behandeld. Patiënten die bijvoorbeeld een hyperthermiebehandeling ondergaan voor lokaal gevorderde prostaatkanker kunnen milde urinaire symptomen ontwikkelen als gevolg van zwelling van de prostaat en milde proctitis [19,20]. Dit kan worden verminderd met een korte kuur met steroïden. Diepe weefselhyperthermie kan ook zweten en vasodilatatie verhogen, waardoor de bloeddruk daalt en bijdraagt aan orthostatische hypotensie . Het gebruik van specifieke hyperthermiemethoden kan ook bijwerkingen minimaliseren. HIFU veroorzaakt bijvoorbeeld een zeer steile temperatuurgradiënt en beschadigt tumorcellen in een klein gebied rond de sonde. Kankerbiomarker-gebaseerde nanodeeltjes leveren selectief warmte aan kankercellen.

Over het algemeen is hyperthermie relatief veilig wanneer het op de juiste manier wordt toegediend, en zoals te zien is in veel klinische onderzoeken, biedt het voordelen voor klinische tumorcontrole die de bijwerkingen van hyperthermie overtreffen [6].

De effecten van hyperthermie op kankerstamachtige cellen

Kankerstamachtige cellen (CSC's) zijn een zeldzame populatie van kankercellen die zichzelf kunnen vernieuwen en kunnen differentiëren tot nageslacht met een beperkt proliferatief potentieel. CSC's zitten aan de top van hiërarchisch georganiseerde tumoren. CSC's hebben een sterke tumorigene activiteit in vergelijking met niet-stamkankercellen en kunnen een volledige tumor vestigen [1,3,56]. CSC's bevinden zich meestal in specifieke niches die hun lot orkestreren. Nichecomponenten die de ongedifferentieerde status van CSC's ondersteunen, omvatten communicatie met contacterende cellen zoals andere stromacellen en endotheelcellen, extracellulaire matrixcomponenten, oplosbare factoren zoals Wnt, TGFb en andere cytokines, en fysieke toestanden zoals hypoxie en lage pH [91,92 ].
CSC's zijn bestand tegen ioniserende straling en chemotherapie. CSC's activeren bij voorkeur het DNA-schadecontrolepunt in reactie op straling en repareren DNA-schade efficiënter dan niet-CSC-kankercellen . Remming van DNA-schade checkpoint kinases Chkl en Chk2 sensibiliseert CSC's voor straling . CSC's kunnen ook ROS-scavenger-eiwitten tot overexpressie brengen om de hoeveelheid DNA-schade na radiotherapie te beperken, die grotendeels wordt gemedieerd door ROS. Farmacologische uitputting van ROS-scavengers scan verbetert de radiogevoeligheid van CSC's .

CSC's kunnen resistentie tegen chemotherapie ontwikkelen via verschillende mechanismen, waaronder het verbeteren van de uitstroom van chemotherapie uit tumorcellen of het interfereren met het metabolisme van chemotherapie. CSC's kunnen ABC-transporters tot overexpressie brengen om chemotherapie uit te pompen [95,96]. CSC's kunnen enzymen tot expressie brengen om geneesmiddelen te inactiveren, bijvoorbeeld aldehyde dehydrogenase (ALDH) dat cyclofosfamide, temozolomide en doxorubicine inactiveert . CSC's kunnen ook epigenetisch de enzymen tot zwijgen brengen die nodig zijn om prodrugs in hun actieve vormen te katalyseren . Bovendien kunnen CSC's pro-survival signaleringsroutes, waaronder upregulerende BCL2-familie-eiwitten en activerende Notch- en Wnt-routes, versterken om zichzelf te beschermen tegen de cytotoxische effecten van chemotherapie [98-101]. Sommige CSC's kunnen ook de celcyclus verlaten en in een rusttoestand blijven, waardoor hun gevoeligheid voor chemotherapie en straling wordt verminderd, die zich bij voorkeur richt op snel prolifererende cellen [102,103].

De CSC-niche speelt ook een belangrijke rol bij therapeutische weerstand. De hypoxische gebieden waar veel CSC's zich bevinden, missen functionele bloedvaten en chemotherapie kan niet in aanzienlijke concentraties in deze gebieden doordringen. Bovendien maken lage ROS-niveaus in deze gebieden CSC's beter bestand tegen schade door vrije radicalen die wordt veroorzaakt door straling en sommige chemotherapieën [104.105]. Andere componenten van de CSC-niche waaronder de extracellulaire matrix, met kanker geassocieerde fibroblasten en immuuncellen kunnen signaalstimuli bieden, waaronder hepatocytengroeifactor (HGF), interleukine 6 (IL-6), fibroblastgroeifactor (FGF), neureguline 1 om verder te faciliteren therapeutische weerstand [106,107].

Op basis van de effecten op CSC's en hun micro-omgeving kan hyperthermie mogelijk de potentie hebben om kankerstamcellen te elimineren en gevoelig te maken voor radiotherapie en chemotherapie.

  • Ten eerste kan hyperthermie eiwitten denatureren die chemotherapie wegpompen of inactiveren.
  • Ten tweede kan hyperthermie de reparatieroutes van DNA-schade belemmeren en dus CSC's gevoelig maken voor straling en sommige soorten chemotherapie.
  • Ten derde kan hyperthermie tumorcellen doden, onafhankelijk van hun celcyclusstatus, waardoor rustige CSC's kunnen worden gedood.
  • Ten vierde kan warmtebehandeling de perfusie in de tumor verhogen en zo hypoxie verminderen en ROS-niveaus die CSC's ondersteunen veranderen.

Als alternatief kan hyperthermie ook instorting van bloedvaten veroorzaken en endotheelcellen beschadigen om de bloedstroom te verminderen om lokale hypoxiezakken te creëren. Daarom kan hyperthermie complexe effecten hebben in de tumor en in het bijzonder CSC's in de perivasculaire of hypoxische niches. Bovendien kan hyperthermie de anti-tumor immuunrespons op doel-CSC's verbeteren. Dit kan gedeeltelijk worden gemedieerd door het verhogen van celdood, het blootstellen van CSC-specifieke antigenen aan APC's en het verbeteren van de recrutering van immuuncellen voor de tumor.

Hoewel hyperthermie algemeen wordt gebruikt bij de behandeling van kanker alleen of in combinatie met chirurgie, radiotherapie en chemotherapie, is niet uitgebreid onderzocht of en hoe hyperthermie kan helpen bij het elimineren van chemo- en radioresistente CSC's. Sommige onderzoeken suggereren dat CSC's gevoeliger kunnen zijn voor hyperthermie dan normale stam / voorlopercellen . Wierenga, et al. de gevoeligheid van normale en acute myeloïde leukemie (AML) stamcellen vergeleken met milde temperatuur hyperthermie (43 ° C). Hoewel warmtebehandeling slechts een mild effect had op normale stam- en progenitorcellen, verminderde het de overleving van AML-stamcellen en het vermogen om leukemie te initiëren aanzienlijk . Dit suggereert dat hyperthermie therapeutisch kan worden gebruikt om leukemische stamcellen te zuiveren met minimale nadelige effecten op normale stam / voorlopercellen.

In sommige andere tumoren kan hyperthermie alleen weinig effect hebben of zelfs negatieve effecten op CSC's in termen van celdoding. In een model van borstkanker kunnen CSC's in de borst beter overleven dan bulk borstkankercellen om watertherapie hyperthermie te geven, en de CD44 high / CD24 lage stamcelfractie in bulk borstkankercellen was verhoogd na hyperthermie . Deze verhoogde overleving van CSC's in de borst werd toegeschreven aan overexpressie van Hsp90. Interessant is dat de toevoeging van een Hsp90-remmer gesensibiliseerde borst-CSC's maar geen bulkkankercellen aan hyperthermie suggereert dat borsttherapie CSC's onder thermische stress afhankelijk zijn van Hsp90 voor overleving en dat het combineren van Hsp90-remming met hyperthermie de CSC-populatie van de borst kan richten .

Hyperthermie gemedieerd door nanodeeltjes kan echter CSC-weerstand tegen conventionele warmtebehandeling overwinnen. Burke, et al. vertoonde een significant verminderde tumorgrootte en verlengde muisoverleving bij behandeling met meerwandige koolstofnanobuisjes, die werden verwarmd door nabij-infraroodstraling . CSC's van de borst, evenals bulk tumorcellen, stierven aan necrose in hun studie. In een ander rapport zijn superparamagnetische ijzeroxide-nanodeeltjes gebruikt om magnetische hyperthermie te induceren bij A549-longkanker en MDA-MB-231 borstkankercellijnen . Deze magnetische hyperthermie bracht stamceleigenschappen in gevaar, waaronder een verminderd zijpopulatiefenotype, mammosfeervormend vermogen, ALDH-activiteit en tumorinitiatievermogen . De conventionele thermische waterbehandeling was daarentegen minder effectief . Opmerkelijke hyperthermie op basis van magnetische nanodeeltjes bevorderde een langere ROS-generatie voor een langere tijd in vergelijking met conventionele hyperthermie , wat suggereert dat de methode van hyperthermie-afgifte de mate van celdood kan beïnvloeden.

Hyperthermie is ook gecombineerd met radiotherapie, chemotherapie of op antilichamen gebaseerde targetingtechnologie om CSC-eliminatie te verbeteren. Atkinson, et al. meldde dat optisch geactiveerde hyperthermie op basis van goud nanoshell sensibiliseerde borstkankerstamcellen voor straling en verminderde het percentage Lin - CD29 H CD24 H CSC subpopulatie, die resistent zijn tegen straling . Hyperthermie verminderde het herstel van DNA-schade in CSC's van de borst, waardoor ze kwetsbaar werden voor door straling veroorzaakte DNA-schade . Evenzo had hyperthermie alleen bij glioblastoom geen merkbaar effect op de overleving of proliferatie van CSC's van gliomen . In combinatie met straling verminderde hyperthermie echter bij voorkeur glioma CSC zelfvernieuwing, levensvatbaarheid en proliferatie. Dit werd gemedieerd door onderdrukking van door straling geïnduceerde AKT-signalering en verminderde DNA-schade-respons. Gecombineerde hyperthermie, afgegeven door een microgolfapplicator, en straling verminderde tumorgroei en verlengde muisoverleving in een CSC-afgeleid muismodel van glioblastoom .

Hyperthermie kan ook metabole stress veroorzaken en de effecten van chemotherapie versterken. Deze strategie is gebruikt om CSC's te sensibiliseren voor metformine, een diabetesgeneesmiddel dat ook antikankeractiviteit heeft . Thermische therapie kan AMPK activeren en de mTOR / S6K-route onderdrukken om de cytotoxische effecten van metformine te versterken . Wierenga, et al. rapporteerde ook dat hyperthermie het doden van leukemische stamcellen kan verbeteren, gemedieerd door ET-18-OCH3, een chemotherapie tegen lipiden die temperatuurgevoelig is voor leukemische cellen .

De combinatie van hyperthermiebehandeling met CSC-targetingtechnologie is veelbelovend. Enkelwandige koolstofnanobuisjes (SWNT's) geconjugeerd met CD133 monoklonaal antilichaam (anti-CD133) werden gebruikt om glioomstamcellen te richten, die vaak de celoppervlaktemarker CD133 tot expressie brengen . Bij opname van nanobuizen en verwarming met een nabij-infraroodlaser werden CD133 + maar geen CD133 - cellen gedood. Bovendien onderdrukte verwarming het tumorinitiatievermogen van CD133 + -cellen aanzienlijk . Deze gegevens suggereren dat hyperthermie gecombineerd met op antilichamen gebaseerde strategieën kan worden gebruikt om CSC's efficiënt te doden.

Conclusie:

Het gebruik van hyperthermie om kanker te behandelen kent een lange geschiedenis. Hyperthermie heeft de werkzaamheid van radiotherapie en chemotherapie voor veel soorten kanker consistent verbeterd. Het CSC-model werpt licht op een ander potentieel therapeutisch voordeel van hyperthermie.

Strategieën die hyperthermie combineren met cytotoxische middelen, metabole stressoren of immuuntherapieën kunnen CSC-doden verbeteren door zich op de kankercellen zelf te richten en hun micro-omgeving te moduleren. De methode voor het toedienen van warmte kan ook invloed hebben op het doden van cellen.

Meer werk is nodig om de optimale modi van hyperthermie te definiëren om CSC's veilig en efficiënt te doden. De combinatie van hyperthermie en immunotherapie om zich op CSC's te richten, biedt ook een groot potentieel, en verder onderzoek is nodig om te begrijpen hoe hyperthermie het beste kan worden geïntegreerd met immuno-oncologie. Warmtetherapie werd erkend voor zijn therapeutische effecten door oude artsen. Het komt opnieuw naar voren als een belangrijke behandelingsmodaliteit die kanker bestrijdt via meerdere mechanismen.

In this review, we discuss different types of hyperthermia and potential mechanisms of action in cancer treatment, particularly in regards to killing Cancer stem cells (CSC)

It’s Getting Hot in Here: Targeting Cancer Stem-like Cells with Hyperthermia

Haidong Huang1, Kevin Yu1, Alireza Mohammadi2,3, Efstathios Karanthanasis4, Andrew Godleyand Jennifer S. Yu1,3,5*

1Department of Stem Cell Biology and Regenerative Medicine, Lerner Research Institute, Cleveland Clinic, 9500 Euclid Avenue, NE30, Cleveland, OH 44195, USA

2Department of Neurosurgery, Rose Ella Burckhardt Brain tumor and Neuro-oncology Center, Neurological Institute, Cleveland Clinic, 9500 Euclid Avenue, CA51, Cleveland, OH 44195, USA

3Burkhardt Brain Tumor and Neuro-Oncology Center, Cleveland Clinic, 9500 Euclid Avenue, CA51, Cleveland, OH 44195, USA

4Department of Biomedical Engineering, Case Western Reserve University, 1900 Euclid Avenue, Cleveland, OH 44106, USA

5Department of Radiation Oncology, Taussig Cancer Institute, Cleveland Clinic, 9500 Euclid Avenue, Cleveland, CA50, OH 44195, USA

 

*Corresponding author: Jennifer S. Yu, Department of Radiation Oncology, Department of Stem Cell Biology and Regenerative Medicine, Cleveland Clinic, 9500 Euclid Avenue, CA50, Cleveland, OH 44195, USA, Tel: 216-445-9799; Fax: 216-445-1068, E-mail: yuj2@ccf.org 

Citation: Huang H, Yu K, Mohammadi A, Karanthanasis E, Godley A, et al. (2017) It’s Getting Hot in Here: Targeting Cancer Stem-like Cells with Hyperthermia. J Stem Trans Bio 2(2): 113.

 

Abstract

 

Cancer stem-like cells (CSCs) are a subset of cancer cells that are resistant to conventional radiotherapy and chemotherapy. As such, CSCs have been recognized as playing a large role in tumor initiation and recurrence. Although hyperthermia is broadly used in cancer treatment either alone or in combination with radio- or chemo-therapy, its potential to target CSCs is not well understood. In this review, we discuss different types of hyperthermia and potential mechanisms of action in cancer treatment, particularly in regards to killing CSCs

Conflict of Interest

Authors declare no conflict of interest.

Acknowledgements

We thank Dr. Ping Xia for critical review of the manuscript. This work was supported by NIH/NINDS NS092641 and NS094199.

References

 

  1. Dalerba P, Cho RW, Clarke MF. Cancer stem cells: models and concepts. Annu Rev Med. 2007;58:267-84.
  2. Batlle E, Clevers H. Cancer stem cells revisited. Nat Med. 2017;23(10):1124-1134. doi: 10.1038/nm.4409.
  3. Beck B, Blanpain C. Unravelling cancer stem cell potential. Nat Rev Cancer. 2013;13(10):727-38. doi:10.1038/nrc3597.
  4. Nassar D, Blanpain C. Cancer Stem Cells: Basic Concepts and Therapeutic Implications. Annu Rev Pathol. 2016;11:47-76. doi: 10.1146/annurev-pathol-012615-044438.
  5. Mallory M, Gogineni E, Jones GC, Greer L, Simone CB. Therapeutic hyperthermia: The old, the new, and the upcoming. Crit Rev Oncol Hematol. 2016;97:56-64. doi: 10.1016/j.critrevonc.2015.08.003.
  6. Wust P, Hildebrandt B, Sreenivasa G, Rau B, Gellermann J, Riess H, et al. Hyperthermia in combined treatment of cancer. Lancet Oncol. 2002;3(8):487-97.
  7. Van Valenberg H, Colombo R, Witjes F. Intravesical radiofrequency-induced hyperthermia combined with chemotherapy for non-muscle-invasive bladder cancer. Int J Hyperthermia. 2016;32(4):351-62. doi: 10.3109/02656736.2016.1140232.
  8. Hu Y, Li Z, Mi DH, Cao N, Zu SW, Wen ZZ, et al. Chemoradiation combined with regional hyperthermia for advanced oesophageal cancer: a systematic review and meta-analysis. J Clin Pharm Ther. 2017;42(2):155-164. doi: 10.1111/jcpt.12498.
  9. Jones EL, Oleson JR, Prosnitz LR, Samulski TV, Vujaskovic Z, Yu D, et al. Randomized trial of hyperthermia and radiation for superficial tumors. J Clin Oncol. 2005. 23(13):3079-3085.
  10. Zagar TM, Higgins KA, Miles EF, Vujaskovic Z, Dewhirst MW, Clough RW, et al. Durable palliation of breast cancer chest wall recurrence with radiation therapy, hyperthermia, and chemotherapy. Radiotherapy and Oncology. 2010;97(3):535-540. doi: 10.1016/j.radonc.2010.10.020.
  11. Datta NR, Puric E, Klingbiel D, Gomez S, Bodis S. Hyperthermia and Radiation Therapy in Locoregional Recurrent Breast Cancers: A Systematic Review and Meta-analysis. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2016;94(5):1073-1087.
  12. Overgaard J, Gonzalez Gonzalez D, Hulshof MC, Arcangeli G, Dahl O, Mella O, et al. Hyperthermia as an adjuvant to radiation therapy of recurrent or metastatic malignant melanoma. A multicentre randomized trial by the European Society for Hyperthermic Oncology. Int J Hyperthermia. 1996;12(1):3-20.
  13. Overgaard J, Gonzalez Gonzalez D, Hulshof MC, Arcangeli G, Dahl O, Mella O, et al. Randomized Trial of Hyperthermia as Adjuvant to Radiotherapy for Recurrent or Metastatic Malignant-Melanoma. Lancet. 1995;345(8949):540-543.
  14. Eckert F, Braun LH, Traub F, Kopp HG, Sipos B, Lamprecht U, et al. Radiotherapy and hyperthermia with curative intent in recurrent high risk soft tissue sarcomas. Int J Hyperthermia. 2017:1-8. doi: 10.1080/02656736.2017.1369174.
  15. Issels RD, Lindner LH, Verweij J, Wust P, Reichardt P, Schem BC, et al. Neo-adjuvant chemotherapy alone or with regional hyperthermia for localised high-risk soft-tissue sarcoma: a randomised phase 3 multicentre study. Lancet Oncol. 2010;11(6):561-70. doi: 10.1016/S1470-2045(10)70071-1.
  16. Lutgens LC, Koper PC, Jobsen JJ, van der Steen-Banasik EM, Creutzberg CL, van den Berg HA, et al., Radiation therapy combined with hyperthermia versus cisplatin for locally advanced cervical cancer: Results of the randomized RADCHOC trial. Radiother Oncol. 2016;120(3): 378-382. doi: 10.1016/j.radonc.2016.02.010.
  17. Datta NR, Rogers S, Klingbiel D, Gómez S, Puric E, Bodis S. Hyperthermia and radiotherapy with or without chemotherapy in locally advanced cervical cancer: a systematic review with conventional and network meta-analyses. International Journal of Hyperthermia. 2016;32(7):809-821. doi: 10.1080/02656736.2016.1195924.
  18. Harima Y, Ohguri T, Imada H, Sakurai H, Ohno T, Hiraki Y. A multicentre randomised clinical trial of chemoradiotherapy plus hyperthermia versus chemoradiotherapy alone in patients with locally advanced cervical cancer. Int J Hyperthermia. 2016;32(7):801-808. doi: 10.1080/02656736.2016.1213430.
  19. Diederich CJ, Wootton J, Prakash P, Salgaonkar V, Juang T, Scott S, et al. Catheter-based ultrasound hyperthermia with HDR brachytherapy for treatment of locally advanced cancer of the prostate and cervix. Proc SPIE Int Soc Opt Eng. 2011; 22;7901:79010O.
  1. Hurwitz MD, Hansen JL, Prokopios-Davos S, Manola J, Wang Q, Bornstein BA, et al. Hyperthermia Combined With Radiation for the Treatment of Locally Advanced Prostate Cancer Long-Term Results From Dana-Farber Cancer Institute Study 94-153. Cancer. 2011;117(3):510-516. doi: 10.1002/cncr.25619.
  2. Hurwitz MD, Kaplan ID, Hansen JL, Prokopios-Davos S, Topulos GP, Wishnow K, et al.Hyperthermia combined with radiation in treatment of locally advanced prostate cancer is associated with a favourable toxicity profile. Int J Hyperthermia. 2005;21(7):649-56.
  3. Zwirner K, Bonomo P, Lamprecht U, Zips D, Gani C. External validation of a rectal cancer outcome prediction model with a cohort of patients treated with preoperative radiochemotherapy and deep regional hyperthermia. Int J Hyperthermia. 2017:1-6. doi: 10.1080/02656736.2017.1338364.
  4. Gani C, Schroeder C, Heinrich V, Spillner P, Lamprecht U, Berger B. Long-term local control and survival after preoperative radiochemotherapy in combination with deep regional hyperthermia in locally advanced rectal cancer. Int J Hyperthermia. 2016;32(2):187-92. doi: 10.3109/02656736.2015.1117661.
  5. Rasulov AO, Gordeyev SS, Barsukov YA, Tkachev SI, Malikhov AG, Balyasnikova SS, et al. Short-course preoperative radiotherapy combined with chemotherapy, delayed surgery and local hyperthermia for rectal cancer: a phase II study. Int J Hyperthermia. 2017;2:1-9. doi: 10.1080/02656736.2016.1272138.
  6. Chi MS, Yang KL, Chang YC, Ko HL, Lin YH, Huang SC. Comparing the Effectiveness of Combined External Beam Radiation and Hyperthermia Versus External Beam Radiation Alone in Treating Patients With Painful Bony Metastases: A Phase 3 Prospective, Randomized, Controlled Trial. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2017. doi: 10.1016/j.ijrobp.2017.09.030.
  7. Dewhirst MW, Vujaskovic Z, Jones E, Thrall D. Re-setting the biologic rationale for thermal therapy. Int J Hyperthermia. 2005;21(8):779-90.
  8. Diederich CJ. Thermal ablation and high-temperature thermal therapy: overview of technology and clinical implementation. Int J Hyperthermia. 2005;21(8):745-53.
  9. Chu KF, Dupuy DE. Thermal ablation of tumours: biological mechanisms and advances in therapy. Nat Rev Cancer. 2014;14(3):199-208. doi: 10.1038/nrc3672.
  10. Friedman M, Mikityansky I, Kam A, Libutti SK, Walther MM, Neeman Z, et al. Radiofrequency ablation of cancer. Cardiovasc Intervent Radiol. 2004;27(5):427-34.
  11. Curley SA. Radiofrequency ablation of malignant liver tumors. Oncologist.2001;6(1):14-23.
  12. Brace CL. Radiofrequency and microwave ablation of the liver, lung, kidney, and bone: what are the differences? Curr Probl Diagn Radiol. 2009;38(3):135-43. doi: 10.1067/j.cpradiol.2007.10.001.
  13. Lencioni R, Crocetti L, Cioni D, Della Pina C, Bartolozzi C. Percutaneous radiofrequency ablation of hepatic colorectal metastases: technique, indications, results, and new promises. Invest Radiol. 2004;39(11):689-97.
  14. Zorbas G, Samaras T. A study of the sink effect by blood vessels in radiofrequency ablation. Comput Biol Med. 2015;57:182-6. doi: 10.1016/j.compbiomed.2014.12.014.
  15. Lubner MG, Brace CL, Hinshaw JL, Lee FT Jr. Microwave Tumor Ablation: Mechanism of Action, Clinical Results, and Devices. J Vasc Interv Radiol. 2010;21(8 Suppl):S192-203. doi: 10.1016/j.jvir.2010.04.007.
  16. Lee I, Kalkanis S, Hadjipanayis CG. Stereotactic Laser Interstitial Thermal Therapy for Recurrent High-Grade Gliomas. Neurosurgery. 2016;79(6):S24-S34.
  17. Missios S, Bekelis K, Barnett GH. Renaissance of laser interstitial thermal ablation. Neurosurg Focus. 2015;38(3):E13. doi: 10.3171/2014.12.FOCUS14762.
  18. Zhou YF. High intensity focused ultrasound in clinical tumor ablation. World J Clin Oncol. 2011;2(1): 8-27. doi: 10.5306/wjco.v2.i1.8.
  19. Zhang L, Wang ZB. High-intensity focused ultrasound tumor ablation: review of ten years of clinical experience. Front Med China. 2010;4(3):294-302.
  20. Maloney E, Hwang JH. Emerging HIFU applications in cancer therapy. Int J Hyperthermia. 2015;31(3):302-9.
  21. Chatterjee DK, Diagaradjane P, Krishnan S. Nanoparticle-mediated hyperthermia in cancer therapy. Ther Deliv. 2011;02(8):1001-14.
  22. Cherukuri P, Glazer ES, Curley SA. Targeted hyperthermia using metal nanoparticles. Adv Drug Deliv Rev. 2010;62(3):339-45. doi: 10.1016/j.addr.2009.11.006.
  23. Singh R, Torti SV. Carbon nanotubes in hyperthermia therapy. Adv Drug Deliv Rev. 2013;65(15): 2045-60. doi: 10.1016/j.addr.2013.08.001.
  24. Hervault A, Thanh NT. Magnetic nanoparticle-based therapeutic agents for thermo-chemotherapy treatment of cancer. Nanoscale. 2014;6(20):11553-73. doi: 10.1039/c4nr03482a.
  25. Peiris PM, Bauer L, Toy R, Tran E, Pansky J, Doolittle E, et al. Enhanced Delivery of Chemotherapy to tumors Using a Multicomponent Nanochain with Radio-Frequency-Tunable Drug Release. Acs Nano. 2012;6(5):4157-4168. doi: 10.1021/nn300652p.
  26. Toy R, Bauer L, Hoimes C, Ghaghada KB, Karathanasis E. Targeted nanotechnology for cancer imaging. Adv Drug Deliv Rev. 2014;76:79-97. doi: 10.1016/j.addr.2014.08.002.
  27. Baumann BC, Kao GD, Mahmud A, Harada T, Swift J, Chapman C, et al., Enhancing the efficacy of drug-loaded nanocarriers against brain tumors by targeted radiation therapy. Oncotarget. 2013;4(1):64-79.
  28. Maier-Hauff K, Ulrich F, Nestler D, Niehoff H, Wust P, Thiesen B, et al. Efficacy and safety of intratumoral thermotherapy using magnetic iron-oxide nanoparticles combined with external beam radiotherapy on patients with recurrent glioblastoma multiforme. J Neurooncol. 2011;103(2):317-324. doi: 10.1007/s11060-010-0389-0.
  29. Johannsen M, Gneveckow U, Eckelt L, Feussner A, Waldöfner N, Scholz R, et al. Clinical hyperthermia of prostate cancer using magnetic nanoparticles: Presentation of a new interstitial technique. Int J Hyperthermia. 2005;21(7):637-47.
  30. Bañobre-López M, Teijeiro A, Rivasa J. Magnetic nanoparticle-based hyperthermia for cancer treatment. Rep Pract Oncol Radiother. 2013;18(6):397-400. doi: 10.1016/j.rpor.2013.09.011.
  31. Nikfarjam M, Muralidharan V, Christophi C. Mechanisms of focal heat destruction of liver tumors. J Surg Res. 2005.127(2):208-23.
  32. Fajardo LF, Egbert B, Marmor J, Hahn GM. Effects of Hyperthermia in a Malignant-Tumor. Cancer. 1980;45(3):613-623.
  33. Nishida T, Akagi K, Tanaka Y. Correlation between cell killing effect and cell membrane potential after heat treatment: Analysis using fluorescent dye and flow cytometry. International Journal of Hyperthermia. 1997;13(2):227-234.
  34. Ruifrok AC, Kanon B, Konings AW.. Konings, Correlation between Cellular-Survival and Potassium-Loss in Mouse Fibroblasts after Hyperthermia Alone and after a Combined Treatment with X-Rays. Radiation Research. 1985;101(2):326-331.
  35. Vidair CA, Dewey WC. Evaluation of a role for intracellular Na+, K+, Ca2+, and Mg2+ in hyperthermic cell killing. Radiat Res. 1986.105(2):187-200.
  36. Willis WT, Jackman MR, Bizeau ME, Pagliassotti MJ, Hazel JR. Hyperthermia impairs liver mitochondrial function in vitro. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2000;278(5):R1240-6.
  37. Kreso A, Dick JE. Evolution of the cancer stem cell model. Cell Stem Cell. 2014;14(3):275-91. doi: 10.1016/j.stem.2014.02.006.
  38. Warters RL, Roti Roti JL. Hyperthermia and the cell nucleus. Radiat Res. 1982;92(3):458-62.
  39. Krawczyk PM, Eppink B, Essers J, Stap J, Rodermond H, Odijk H, et al. Mild hyperthermia inhibits homologous recombination, induces BRCA2 degradation, and sensitizes cancer cells to poly (ADP-ribose) polymerase-1 inhibition. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011;108(24):9851-6. doi: 10.1073/pnas.1101053108.
  40. Oei AL, Vriend LEM, Crezee J, Franken NAP, Krawczyk PM. Effects of hyperthermia on DNA repair pathways: one treatment to inhibit them all. Radiat Oncol. 2015;10:165. doi: 10.1186/s13014-015-0462-0.
  41. Milleron RS, Bratton SB. Heat shock induces apoptosis independently of any known initiator caspase-activating complex. J Biol Chem. 2006;281(25):16991-7000.
  42. Morlé A, Garrido C, Micheau O. Hyperthermia restores apoptosis induced by death receptors through aggregation-induced c-FLIP cytosolic depletion. Cell Death Dis. 2015;6:e1633. doi: 10.1038/cddis.2015.12.
  43. Vertrees RA, Das GC, Coscio AM, Xie J, Zwischenberger JB, Boor PJ. A mechanism of hyperthermia-induced apoptosis in ras-transformed lung cells. Molecular Carcinogenesis. 2005;44(2):111-121.
  44. Skibba JL, Quebbeman EJ, Kalbfleisch JH. Nitrogen-Metabolism and Lipid-Peroxidation during Hyperthermic Perfusion of Human Livers with Cancer. Cancer Research. 1986;46(11):6000-6003.
  45. Wang Z, Cai F, Chen X, Luo M, Hu L, Lu Y. The Role of Mitochondria-Derived Reactive Oxygen Species in Hyperthermia-Induced Platelet Apoptosis. Plos One. 2013;8(9). doi: 10.1371/journal.pone.0075044.
  46. El-Orabi NF, Rogers CB, Edwards HG. Schwartz DD. Heat-induced inhibition of superoxide dismutase and accumulation of reactive oxygen species leads to HT-22 neuronal cell death. Journal of Thermal Biology. 2011;36(1):49-56.
  47. Dörthe M. Katschinski, Kristina Boos, Susann G. Schindler, Joachim Fandrey. Pivotal role of reactive oxygen species as intracellular mediators of hyperthermia-induced apoptosis. Journal of Biological Chemistry. 2000;275(28):21094-21098.
  48. Matés JM, Sánchez-Jiménez FM. Role of reactive oxygen species in apoptosis: implications for cancer therapy. Int J Biochem Cell Biol. 2000;32(2):157-170.
  49. Song CW. Effect of local hyperthermia on blood flow and microenvironment: a review. Cancer Res. 1984;44:4721s-4730s.
  50. Sun X, Xing L, Ling CC, Li GC. The effect of mild temperature hyperthermia on tumour hypoxia and blood perfusion: relevance for radiotherapy, vascular targeting and imaging. Int J Hyperthermia. 2010;26(3):224-31. doi: 10.3109/02656730903479855.
  51. Song CW, Park HJ, Lee CK, Griffin R. Implications of increased tumor blood flow and oxygenation caused by mild temperature hyperthermia in tumor treatment. Int J Hyperthermia. 2005;21(8):761-767.
  52. Song CW, Kang MS, Rhee JG, Levitt SH. The effect of hyperthermia on vascular function, pH, and cell survival. Radiology. 1980;137(3):795-803.
  53. Sun X, Li XF, Russell J, Xing L, Urano M, Li GC, et al. Changes in tumor hypoxia induced by mild temperature hyperthermia as assessed by dual-tracer immunohistochemistry. Radiother Oncol. 2008;88(2):269-276. doi: 10.1016/j.radonc.2008.05.015.
  54. Evans SS, Wang WC, Bain MD, Burd R, Ostberg JR, Repasky EA. Fever-range hyperthermia dynamically regulates lymphocyte delivery to high endothelial venules. Blood. 2001;97(9):2727-2733.
  55. Muthana M, Multhoff G, Pockley AG. Tumour infiltrating host cells and their significance for hyperthermia. Int J Hyperthermia. 2010;26(3):247-255. doi: 10.3109/02656730903413375.
  56. den Brok MH, Sutmuller RP, van der Voort R, Bennink EJ, Figdor CG, Ruers TJ, et al. In situ tumor ablation creates an antigen source for the generation of antitumor immunity. Cancer Research. 2004;64(11):4024-4029.
  57. Mikucki ME, Fisher DT, Ku AW, Appenheimer MM, Muhitch JB, Evans SS. Preconditioning thermal therapy: Flipping the switch on IL-6 for anti-tumour immunity. Int J Hyperthermia. 2013;29(5):464-473.
  58. Ali MY, Grimm CF, Ritter M, Mohr L, Allgaier HP, Weth R, et al. Activation of dendritic cells by local ablation of hepatocellular carcinoma. J Hepatol. 2005;43(5):817-22.
  59. Hausner PF. Image-guided thermal ablation of tumors increases the plasma level of interleukin-6 and interleukin-10. J Vasc Interv Radiol. 2013;24(8):1105-12. doi: 10.1016/j.jvir.2013.05.059
  60. Milani V, Noessner E, Ghose S, Kuppner M, Ahrens B, Scharner A, et al., Heat shock protein 70: role in antigen presentation and immune stimulation. Int J Hyperthermia. 2002;18(6):563-75.
  61. Multhoff G, Hightower LE. Hightower Cell surface expression of heat shock proteins and the immune response. Cell Stress Chaperones. 1996;1(3):167-76.
  62. Frey B, Weiss EM, Rubner Y, Wunderlich R, Ott OJ, Sauer R, et al. Old and new facts about hyperthermia-induced modulations of the immune system. Int J Hyperthermia. 2012;28(6):528-42. doi: 10.3109/02656736.2012.677933.
  63. Srivastava PK, Udono H, Blachere NE, Li Z. Heat shock proteins transfer peptides during antigen processing and CTL priming. Immunogenetics. 1994;39(2):93-8.
  64. Carper SW, Duffy JJ, Gerner EW. Heat shock proteins in thermotolerance and other cellular processes. Cancer Res. 1987;47(20):5249-55.
  65. Landry J, Chrétien P, Bernier D, Nicole LM, Marceau N, Tanguay RM. Thermotolerance and heat shock proteins induced by hyperthermia in rat liver cells. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1982;8(1):59-62.
  66. Lanneau D, Brunet M, Frisan E, Solary E, Fontenay M, Garrido C. Heat shock proteins: essential proteins for apoptosis regulation. J Cell Mol Med. 2008;12(3):743-61. doi: 10.1111/j.1582-4934.2008.00273.x.
  67. Sreedhar AS, Csermely P. Heat shock proteins in the regulation of apoptosis: new strategies in tumor therapy: a comprehensive review. Pharmacol Ther. 2004;101(3):227-57.
  68. Beere HM1. The stress of dying": the role of heat shock proteins in the regulation of apoptosis. J Cell Sci. 2004;117:2641-51.
  69. van der Zee J. Heating the patient: a promising approach? Ann Oncol. 2002;13(8):1173-84.
  70. Sharma S, Sandhu AP, Patel FD, Ghoshal S, Gupta BD, Yadav NS. Side-Effects of Local Hyperthermia - Results of a Prospectively Randomized Clinical-Study. Int J Hyperthermia. 1990;6(2):279-285.
  71. Izukura R, Imada H, Hashiguchi N, Sawatari H, Ohguri T, Miyazono M, et al. Cardiac and respiratory effects of deep regional hyperthermia using an 8MHz radiofrequency-capacitive device on patients with cancer. International Journal of Hyperthermia. 2017;33(4):428-434. doi: 10.1080/02656736.2017.1283064.
  72. Borovski T, De Sousa E Melo F, Vermeulen L, Medema JP. Cancer stem cell niche: the place to be. Cancer Res. 2011;71(3):634-9. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-10-3220.
  73. Plaks V, Kong N, Werb Z. The cancer stem cell niche: how essential is the niche in regulating stemness of tumor cells? Cell Stem Cell. 2015;16(3):225-38. doi: 10.1016/j.stem.2015.02.015.
  74. Bao S, Wu Q, McLendon RE, Hao Y, Shi Q, Hjelmeland AB, et al. Glioma stem cells promote radioresistance by preferential activation of the DNA damage response. Nature. 2006;444(7120):756-760.
  75. Diehn M, Cho RW, Lobo NA, Kalisky T, Dorie MJ, Kulp AN, et al. Association of reactive oxygen species levels and radioresistance in cancer stem cells. Nature. 2009;458(7239):780-3. doi: 10.1038/nature07733.
  76. Zhou S, Schuetz JD, Bunting KD, Colapietro AM, Sampath J, Morris JJ, et al. The ABC transporter Bcrp1/ABCG2 is expressed in a wide variety of stem cells and is a molecular determinant of the side-population phenotype. Nat Med. 2001;7(9):1028-34.
  77. Golebiewska A, Brons NH, Bjerkvig R, Niclou SP. Critical appraisal of the side population assay in stem cell and cancer stem cell research. Cell Stem Cell. 2011;8(2):136-47. doi: 10.1016/j.stem.2011.01.007.
  78. Zhao J. Cancer stem cells and chemoresistance: The smartest survives the raid. Pharmacol Ther. 2016;160:145-58. doi: 10.1016/j.pharmthera.2016.02.008
  79. Konopleva M, Zhao S, Hu W, Jiang S, Snell V, Weidner D, et al. The anti-apoptotic genes Bcl-X(L) and Bcl-2 are over-expressed and contribute to chemoresistance of non-proliferating leukaemic CD34+ cells. Br J Haematol. 2002;118(2):521-34.
  80. Wang J, Wakeman TP, Lathia JD, Hjelmeland AB, Wang XF, White RR, et al. Notch promotes radioresistance of glioma stem cells. Stem Cells. 2010;28(1):17-28. doi: 10.1002/stem.261.
  81. Todaro M, Alea MP, Di Stefano AB, Cammareri P, Vermeulen L, Iovino F, et al. Colon cancer stem cells dictate tumor growth and resist cell death by production of interleukin-4. Cell Stem Cell. 2007;1(4):389-402. doi: 10.1016/j.stem.2007.08.001.
  82. Zhao C, Blum J, Chen A, Kwon HY, Jung SH, Cook JM, et al. Loss of beta-catenin impairs the renewal of normal and CML stem cells in vivo. Cancer Cell. 2007;12(6):528-41.
  83. Chen j, Li Y, Yu T, McKay RM, Burns DK, Kernie SG, et al. A restricted cell population propagates glioblastoma growth after chemotherapy. Nature. 2012;488(7412):522-6. doi: 10.1038/nature11287.
  84. Saito Y, Uchida N, Tanaka S, Suzuki N, Tomizawa-Murasawa M, Sone A, et al. Induction of cell cycle entry eliminates human leukemia stem cells in a mouse model of AML. Nat Biotechnol. 2010;28(3):275-80. doi: 10.1038/nbt.1607.
  85. Liu L, Wise DR, Diehl JA, Simon MC. Hypoxic reactive oxygen species regulate the integrated stress response and cell survival. J Biol Chem. 2008;283(45):31153-62. doi: 10.1074/jbc.M805056200.
  86. Harrison H, Rogerson L, Gregson HJ, Brennan KR, Clarke RB, Landberg G. Contrasting hypoxic effects on breast cancer stem cell hierarchy is dependent on ER-alpha status. Cancer Res. 2013;73(4):1420-33. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-12-2505.
  87. Malanchi I, Santamaria-Martínez A, Susanto E, Peng H, Lehr HA, Delaloye JF, et al. Interactions between cancer stem cells and their niche govern metastatic colonization. Nature. 2011;481(7379):85-9. doi: 10.1038/nature10694.
  88. Wilson TR, Fridlyand J, Yan Y, Penuel E, Burton L, Chan E, et al. Widespread potential for growth-factor-driven resistance to anticancer kinase inhibitors. Nature. 2012;487(7408):505-9. doi: 10.1038/nature11249.
  89. Wierenga PK, Setroikromo R, Kamps G, Kampinga HH, Vellenga E. Differences in heat sensitivity between normal and acute myeloid leukemic stem cells: Feasibility of hyperthermic purging of leukemic cells from autologous stem cell grafts. Experimental Hematology. 2003;31(5):421-427.
  90. Burke AR, Singh RN, Carroll DL, Wood JC, D'Agostino RB Jr, Ajayan PM, et al. The resistance of breast cancer stem cells to conventional hyperthermia and their sensitivity to nanoparticle-mediated photothermal therapy. Biomaterials. 2012;33(10):2961-70. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.12.052.
  91. Sadhukha T, Niu L, Wiedmann TS, Panyam J. Effective elimination of cancer stem cells by magnetic hyperthermia. Mol Pharm. 2013;10(4):1432-41.
  92. Atkinson RL, Zhang M, Diagaradjane P, Sirisha P, Contreras A, Hilsenbeck SG, et al. Thermal enhancement with optically activated gold nanoshells sensitizes breast cancer stem cells to radiation therapy. Sci Transl Med. 2010;2(55): 55ra79. doi: 10.1126/scitranslmed.3001447.
  93. Man J, Shoemake JD, Ma T, Rizzo AE, Godley AR, Wu Q, et al. Hyperthermia Sensitizes Glioma Stem-like Cells to Radiation by Inhibiting AKT Signaling. Cancer Res. 2015;75(8):1760-9. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-14-3621.
  94. Lee H, Park HJ, Park CS, Oh ET, Choi BH, Williams B, et al. Response of breast cancer cells and cancer stem cells to metformin and hyperthermia alone or combined. PLoS One. 2014;9(2):e87979. doi: 10.1371/journal.pone.0087979.
  95. Wang CH, Chiou SH, Chou CP, Chen YC, Huang YJ, Peng CA. Photothermolysis of glioblastoma stem-like cells targeted by carbon nanotubes conjugated with CD133 monoclonal antibody. Nanomedicine. 2011;7(1): 69-79. doi: 10.1016/j.nano.2010.06.010.

 

Copyright: © 2017 Huang H, et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

 


Plaats een reactie ...

Reageer op "Hyperthermie heeft vaak therapeutisch effect in combinatie met chemo en bestraling maar blijkt ook effect te hebben op de kankerstamcellen, ook in combinatie met immuuntherapie, blijkt uit reviewstudie"


Gerelateerde artikelen