Spatiotemporal Analysis of Tumor Microenvironments Relating to Radioresistance of Tumor Cells

与肿瘤细胞放射抗性相关的肿瘤微环境的时空分析

• 批准号: 19790868
• 负责人: HARADA Hiroshi
• 金额: $ 1.43万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-19790868/
• 关键词: 放射線治療学; 放射線; 生体イメージング; 腫瘍(がん); 低酸素; 微小環境

【背景】腫瘍細胞の無秩序な増殖と代謝によって、固形腫瘍内部には血管から十分な酸素が供給されない"低酸素領域"という微小環境が生じる。低酸素環境に曝されたがん細胞はHIF-1という転写因子を活性化し、環境への適応を図る。HIF-1の活性化はがんの転移、浸潤、血管新生、放射線治療抵抗性を誘導することが報告されていることから、「腫瘍増殖過程や放射線治療期間中にHIF-1活性が如何に変動するのか?」、「HIF-1陽性細胞が如何に挙動するのか?」が重要な研究課題となっている。【目的】本研究では、固形腫瘍内のHIF-1活性をリアルタイムに可視化するシステムを確立し、腫瘍増殖過程、および放射線治療後のHIF-1陽性細胞の挙動をイメージングし、時空間的に解析することを目指した。そして、次世代の高精度放射線照射技術(強度変調放射線治療:IMRT)で線量を集中すべき治療標的の挙動を捉えることを目指した。【結果】1) 以前より我々が開発を進めてきた「HIF-1依存的にルシフェラーゼを発現する5HREp-lucレポーター遺伝子」に改良を加え、低酸素応答性を約47000倍にまで高め、よりリアルタイムにHIF-1活性の変動を感知するレポーター遺伝子5HREp-ODD-lucを構築することに成功した。 2) 当該レポーター遺伝子を安定に導入した移植腫瘍に対して放射線(γ線)を照射し、その後のHIF-1活性を光イメージングした。その結果、放射線照射6時間後に腫瘍内HIF-1活性がVHL依存的に一過的に減少し、逆に照射24時間後にはPI3K/Akt系依存的に亢進することが明らかになった。これは、放射線の分割照射プロトコールを確立する上で重要な知見である。 3) 有酸素環境下で緑色蛍光を発し、低酸素環境下で赤色蛍光を発する遺伝子組み換え癌細胞を樹立した。当該細胞を免疫不全マウスに移植して腫瘍増殖過程におけるHIF-1陽性領域のダイナミクスをミクロレベルでイメージングすることに成功した。HIF-1陽性細胞は日ごとにその局在を変え、常に血管から数10〜100ミクロメートル程度離れた位置に存在していた。当該ミクロイメージングにより、血管からHIF-1 陽性領域までの距離が当該血管の径に逆相関する事が明らかになり、血管造影像を基にHIF-1陽性領域の局在をシュミレーションするための予備データを取得することに成功した。 以上の結果をもって、「腫瘍増殖過程、および放射線照射後のHIF-1 活性のダイナミクスを解明する」という当初の計画を完遂することができた。

Swollen sores background 】 【 no order と な raised colonization の cell metabolism に よ っ て, solid shape swollen sores internal に は vascular か ら very な acid element が supply さ れ な い "low acid element field" と い う born small environment が じ る. A low-acid environment に exposed されたがん cells to <s:1> HIF-1と う転 writing factor を activation る, and the environment へ <s:1> suitable 応を figure る. HIF - 1 の activeness は が ん の planning to move, infiltration, angiogenesis, radiotherapy resistance を induced す る こ と が report さ れ て い る こ と か ら, "swollen sores raised や colonization process during the radiotherapy に HIF - 1 how active が に - move す る の か?" "How does HIF-1 positive cell が に挙 move する <s:1>?" Youdaoplaceholder0 Important な research topics となって る る. [objective] this study で は, solid shape swollen sores の HIF - 1 active を リ ア ル タ イ ム に visualization す る シ ス テ ム を establish し, swollen sores raised colonization process, お よ び の HIF - 1 positive cells after radiation treatment の 挙 dynamic を イ メ ー ジ ン グ し, when space analytical す に る こ と を refers し た. そ し て, next generation の high-precision radiation technology (strength - the radiation treatment: IMRT) で dose を concentrated す べ き therapeutic target の 挙 dynamic を catch え る こ と を refers し た. 【 Result 】1 Before よ り I 々 が open 発 を into め て き た "HIF - 1 dependent に ル シ フ ェ ラ ー ゼ を 発 now す る 5 hrep - luc レ ポ ー タ ー heritage 伝" に improved を え, low acid element 応 about 47000 times a sexual を に ま で め, よ り リ ア ル タ イ ム active の に HIF - 1 - move を perception す る レ ポ ー タ ー 伝 5 hrep - son ODD-lucを builds する とに とに successfully た. 2) when the レ ポ ー タ ー heritage 伝 を son settle に import し た transplantation swollen sores に し seaborne て radiation (gamma) し を exposure, そ の の HIF - 1 active を light イ メ ー ジ ン グ し た. そ の results, radiation after six time に swollen sores HIF - 1 active が VHL dependent after に に reduce し, reverse に irradiation after 24 time に は PI3K/Akt is dependent on に hyperthyroidism す る こ と が Ming ら か に な っ た. <s:1> れ プロトコ and radiological <s:1> fractionated irradiation プロトコ and れ を を establish で important な knowledge である on する. 3) acid element environment で 蛍 green light を 発 し, low acid environment, red light 蛍 で を 発 す る heritage 伝 subgroups み in え cancer を set し た. When the cells を immune insufficiency マ ウ ス に transplantation し て swollen sores raised colonization process に お け る HIF - 1 positive field の ダ イ ナ ミ ク ス を ミ ク ロ レ ベ ル で イ メ ー ジ ン グ す る こ と に successful し た. Positive cells は HIF - 1 day ご と に そ の bureau in を - え, often に vascular か ら number 10 ~ 100 ミ ク ロ メ ー ト ル degree from れ た position に し て い た. When the ミ ク ロ イ メ ー ジ ン グ に よ り, blood vessels, か ら HIF - 1 positive field ま で が の distance when the vascular diameter の に anti-phase masato す る matter が Ming ら か に な り, blood vessels, build positive image を base に HIF - 1 field の bureau in を シ ュ ミ レ ー シ ョ ン す る た め の reserve デ ー タ を obtain す る こ と に successful し た. の above results を も っ て, "swollen sores raised colonization process, お よ び の HIF - 1 activity after radiation の ダ イ ナ ミ ク ス を interpret す る" と い う の original plan finish を hence す る こ と が で き た.

项目成果

腫瘍内HIF-1 活性の光イメージング -その方法と重要性-

肿瘤内 HIF-1 活性的光学成像-方法和重要性-

• 发表时间: 2008
• 期刊: 癌の臨床 54
• 作者: *原田浩;平岡真寛.
• 通讯作者: 平岡真寛.

PHD/VHL Pathway and PI3K/Akt/mTOR Pathway Function in the Biphasic Profile of Intratumoral HIF-1 Activity after Ionizing Radiation

电离辐射后瘤内 HIF-1 活性双相特征中的 PHD/VHL 通路和 PI3K/Akt/mTOR 通路功能

• 发表时间: 2008
• 作者: H Harada;S Itasaka;S Kondoh;K Shibuya;M Hiraoka
• 通讯作者: M Hiraoka

新しい治療法評価への分子イメージングの応用・放射線治療の分子イメージング.

分子成像在新疗法评估中的应用/放射治疗的分子成像。

• 发表时间: 2008
• 期刊: 遺伝子医学MOOK 9
• 作者: 板坂聡;原田浩;近藤科江;平岡真寛.
• 通讯作者: 平岡真寛.

HIF imaging is useful to determine the timing of combining Bevacizumab with radiation.

HIF 成像可用于确定贝伐珠单抗与放疗联合治疗的时机。

• 期刊: Int J Radiat Oncol Biol Phys (in press)
• 作者: Ou G;Itasaka S;Zeng L;Shibuya K;Yi J;Harada H;Hiraoka M.
• 通讯作者: Hiraoka M.

HIF-1標的薬の二面性〜放射線治療効果の"増感"と"減弱"〜

HIF-1靶向药物的双重性：放疗效果的“增敏”与“衰减”

• 发表时间: 2009
• 作者: 原田浩;板坂聡;朱宇熹;曽麗華;謝学軍;森鳩章代;篠宮和美;平岡真寛
• 通讯作者: 平岡真寛