Wissenschaftler an der Stanford University School of Medicine haben zum ersten mal gezeigt, dass schwere Hirntumoren Integration in die Verschaltung des Gehirns.
Die Tumoren, die sogenannten high-grade-Gliomen, bilden Synapsen, die hijack elektrische Signale von gesunden Nervenzellen fahren Ihre eigenen Wachstum. Versuche zeigten, dass die Unterbrechung dieser Signale mit einem vorhandenen anti-Epilepsie-Medikament reduziert die Krebsarten das Wachstum in menschlichen Tumoren in Mäusen, die die ersten Beweise für einen möglichen neuen Weg zur Behandlung von Gliomen.
Ein Papier beschreibt die Ergebnisse werden online veröffentlicht Sept. 18 in der Natur.
“Eines der tödlichsten Aspekte von high-grade Gliomen ist, dass die Krebszellen diffus dringen in normales Hirngewebe, so dass der tumor und das gesunde Hirngewebe sind gestrickt werden”, sagte senior-Autorin Michelle Monje, MD, PhD, associate professor der Neurologie und der neurologischen Wissenschaften. Die Entdeckung hilft zu erklären, warum Gliome sind so hartnäckig, fügte Sie hinzu. “Das ist so eine heimtückische Gruppe von Tumoren. Sie sind eigentlich die Integration in das Gehirn.”
Die Studie der führende Autor ist Postdoc-Stipendiat Humsa Venkatesh, PhD.
Die Entdeckung, dass die Tumoren Draht, der sich in das Gehirn sei “beunruhigend,” Monje sagte. Noch, Sie sagte, Sie sei optimistisch, was das wissen bedeutet für Gliom-Patienten. Mehrere Medikamente gibt es bereits für die Behandlung von Elektro-Signalisierung Erkrankungen wie Epilepsie, und diese können sich als nützlich für Gliome, sagte Sie. “Es gibt echte Hoffnung auf diese Entdeckung,”, sagte Sie. “Wir gefehlt haben, diesen Aspekt der Krankheit. Jetzt haben wir eine ganz neue Straße zu erkunden, könnte eine Ergänzung der bestehenden therapeutischen Ansätzen.”
Wie sich die Tumoren wachsen
High-grade Gliome bilden Synapsen mit gesunden Neuronen übertragen elektrische Signale an das Krebs-Gewebe, die Studie gefunden. Die Tumoren enthalten auch Zell-Zell-elektrische verbindungen, bekannt als gap junctions. Zusammen, die zwei Arten von verbindungen ermöglichen, elektrische Signale von gesunden Nervenzellen durchgeführt werden, in und verstärkt innerhalb der Tumoren.
High-grade Gliome gehören Glioblastom, ein Hirntumor gesehen, in der Erwachsene, hat einen fünf-Jahres-überlebensrate von 5%; diffuse intrinsic pontine glioma, a pediatric brain tumor mit einer fünf-Jahres-überlebensrate unter 1%; und andere Diagnosen wie pediatric glioblastoma und diffuse Mittellinie Gliomen Auftritt im Rückenmark und im thalamus. Studien veröffentlicht, die von Monje ‘ s team in 2015 und 2017 zeigte, dass high-grade-Gliomen verwenden Sie die normale Aktivität des Gehirns, um Ihr Wachstum.
Um zu erfahren, wie dies funktioniert, haben die Wissenschaftler analysierten zunächst die expression der gene von tausenden von einzelnen Krebs durch Biopsie gewonnene Zellen von Patienten mit neu diagnostiziertem Gliom-Patienten. Die Krebszellen stark erhöht die expression von Genen, die in die Synapsen.
Die Forscher dann verwendet, Elektronen-Mikroskopie, ein Verfahren, das offenbaren kann, winzige details der Zelle Anatomie, um zu zeigen, dass Strukturen, die Aussehen wie Synapsen existieren zwischen Neuronen und Gliom-Zellen. Um zu bestätigen, dass diese Synapsen in der Tat verbinden gesunden Neuronen und malignen Gliom-Zellen, die Wissenschaftler untersuchten Mäuse, die mit Zellen aus menschlichen Gliomen implanted in seinem Gehirn. Nach der Gliom-Tumoren hatten sich etabliert, die Forscher verwendeten Antikörper, der an fluoreszierende Marker, ausgedrückt durch die Krebs-Zellen um zu bestätigen, dass die Synapsen gehen in malignen Zellen. “Wir sahen sehr deutlich neuron-zu-Gliom-synaptischen Strukturen,” Monje sagte.
Mit Hirngewebe von Mäusen mit humanen Gliomen, die Forscher Messen die übertragung von elektrischen Signalen in und durch die Tumoren. Sie nahm zwei Arten von elektrischen Signalen: kurze Signale erzeugen, die vier bis fünf Millisekunden, die übertragen werden über eine synaptische Kreuzung aus einer gesunden Nervenzelle zu einer Krebszelle durch neurotransmitter-Moleküle; und nachhaltige elektrische Signale erzeugen, die ein bis zwei Sekunden, reflektieren elektrischen Strom werden durch den ein Fluss von Kalium-Ionen durch die tumor-Zellen ” Membranen. Die Kalium-Ströme, verursacht durch Signale von Nervenzellen und verstärkt durch gap junctions, die eine Verbindung der Krebs-Zellen in einer elektrisch gekoppeltes Netzwerk.
Die Wissenschaftler haben auch Experimente, die mit einem Farbstoff zur Visualisierung der gap-junction-Zellen verbunden, und die verwendeten Medikamente in der Lage Blockierung von gap junctions, um zu bestätigen, dass diese Art der Verbindung gab es zwischen der tumor-Zellen und vermittelt die elektrische Kupplung. Weitere Experimente Messung von änderungen in der Kalzium-Spiegel bestätigt, dass die tumor-Zellen sind elektrisch gekoppelt, die über gap junctions.
“Die live-calcium-imaging machte es eindrucksvoll deutlich, dass dieser Krebs ist ein elektrisch aktives Gewebe”, erklärt Venkatesh, der leitende Autor. “Es war erschreckend zu sehen, dass in Krebs-Gewebe.”
Die Forscher zeigten, dass etwa 5-10% der Gliom-Zellen erhalten, synaptische Signale, und über 40% aufweisen längerer Kalium-Ströme, verstärkt durch gap junction-verbindungen, so dass die Hälfte aller Tumorzellen haben eine Art von elektrischer Reaktion auf Signale, die von gesunden Neuronen.
Mögliche medikamentöse Therapien
Bei Menschen, die die elektrische Aktivität im Gehirn gemessen vor der Operation zu entfernen glioblastoma Tumoren, und in Mäusen, die mit menschlichen Gliomen, sahen die Forscher hyper-Erregbarkeit der gesunden Nervenzellen in der Nähe der Tumoren, eine zu finden, die helfen könnte erklären, warum die menschliche Gliom-Patienten sind anfällig für Anfälle.
Mit optogenetische Verfahren, die einen stützten sich auf laser-Licht zu aktivieren, die Krebszellen in Mäuse implantierten humanen Gliomen, die Forscher gezeigt, dass eine Erhöhung der elektrischen Signale in den Tumoren verursacht mehr Tumorwachstum. Die Proliferation der Tumore wurde weitgehend verhindert, wenn gliomzellen exprimiert ein gen, das blockiert die übertragung der elektrischen Signale.
Bisherige Medikamente blockieren elektrischen strömen, die auch reduziert das Wachstum von high-grade-Gliomen, die Forschung gefunden. Eine Beschlagnahme Medikamente namens perampanel, die blockiert die Aktivität von neurotransmitter-Rezeptoren auf der empfangenden Ende einer synapse, reduzierte die proliferation der pädiatrischen implantierten Gliomen in Mäusen um 50%. Meclofenamate, ein Medikament, das blockiert die Wirkung von gap junctions, führte zu einem ähnlichen Rückgang der tumor-proliferation.
Monje ‘ s team plant, weiter zu untersuchen, ob eine Blockade der elektrischen Signaltransduktion in Tumoren könnte helfen, die Menschen mit high-grade-Gliomen. “Es ist eine wirklich hoffnungsvolle neue Richtung, und als Arzt bin ich ziemlich aufgeregt”, sagte Sie.
