W wyniku wysokiego poziomu metabolizmu i istnienia patologicznej, niezdolnej do dystrybucji sieci naczyń krwionośnych, nowotwory złośliwe dotkliwie cierpią na brak składników odżywczych i tlenu. Niedostateczny poziom utlenowania (niedotlenienie, hipoksja) tkanki nowotworowej upośledza odpowiedź powstałej zmiany na terapię.  Co gorsze, niedotlenienie prowadzi również do bardziej agresywnego zachowania się guza – zwiększa się zdolność przeżycia komórek nowotworowych poprzez lepsze przystosowanie się do trudnych warunków, a jednocześnie wzrasta ryzyko tworzenia przerzutów.

Należy jednak nadmienić, że nowotwór nowotworowi nierówny, a często i w obrębie samej zmiany dochodzi do sytuacji, w której poszczególne miejsca guza są mniej lub bardziej bogate w tlen. Ponadto istnieją duże różnice w stopniu natlenowania komórek nowotworowych pomiędzy samymi pacjentami onkologicznymi. Niestety, obecnie prowadzona radioterapia przeciwnowotworowa opiera się na założeniu, że zawartość tlenu we wszystkich komórkach guza jest jednakowa. W głównej mierze za taki stan rzeczy odpowiada brak odpowiednich narzędzi, dzięki którym radioterapeuta mógłby różnicować stopień natlenienia zmiany nowotworowej u pacjenta.

Jak wspomniano powyżej, niedotlenienie to termin opisujący niedostateczny poziom tlenu w tkance, który zwykle powstaje z powodu niewystarczającego dostarczania tlenu.

Tlen molekularny jest obecny we wszystkich komórkach naszego ciała. Jest paramagnetyczny, ponieważ zawiera niesparowane elektrony, a zatem w obecności pola magnetycznego zachowuje się jak mały magnes. Jeśli w sąsiedztwie cząsteczki tlenu znajduje się inna cząsteczka paramagnetyczna, obie będą ze sobą współdziałać. Zjawisko to umożliwia wykrywanie tlenu za pomocą elektronowej spektroskopii rezonansu paramagnetycznego (EPR). Ta metoda pozwala „widzieć” cząsteczki z niesparowanymi elektronami. Podobnie do metody rezonansu magnetycznego, aby test był skuteczny, obiekt musi być umieszczony w polu magnetycznym. Co więcej, podobnie jak rezonans magnetyczny, EPR umożliwia również uzyskanie trójwymiarowych obrazów żywych obiektów. Wprowadzenie nietoksycznej sondy do ciała i zarejestrowanie jej sygnału w trójwymiarowym układzie odniesienia prowadzi do stworzenia przestrzennych map oksymetrycznych/tlenowych (pokazujących stężenie tlenu w określonych częściach ciała). Takie podejście jest wykorzystywane przez kilka grup naukowców pracujących nad nieinwazyjnym obrazowaniem oksymetrycznym serca, mózgu, nowotworów i innych tkanek.

We współpracy z Howardem Halpernem, doktorem z Uniwersytetu w Chicago, który opracowuje obrazowanie EPR z zamiarem wprowadzenia tej metody u pacjentów, naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego przeanalizowali mapy tlenowe guzów w kontekście radioterapii . Przy użyciu obrazowania EPR u myszy uzyskano oksymetryczne mapy guzów przed i po radioterapii. W doświadczeniach zastosowano pojedyncze, dość wysokie dawki promieniowania, które doprowadziły do ​​wyleczenia większości guzów w ciągu kilku tygodni. Przez 90 dni po terapii naukowcy sprawdzali, czy nastąpił nawrót aktywności nowotworu. W sumie 18 z 34 myszy, które poddano terapii, pozostało zdrowych po trzech miesiącach. Najważniejszym odkryciem był fakt, że natlenienie guzów przed terapią pomogło ustalić, które guzy zostaną wyleczone. Jeśli w guzie było bardzo mało tlenu, dawka promieniowania wymagana do jej wyleczenia była wysoka. Odwrotnie, jeśli natlenienie guza jest nieco wyższe, dawka może być nieco niższa.

Badania dowiodły, że obrazowanie EPR jest użyteczne w radioterapii i może być stosowane w celu poprawy skuteczności tego typu leczenia. Co więcej, mapy tlenowe EPR wskazują nie tylko ile tlenu znajduje się w tkance, ale także w jakich częściach nowotworu ten pierwiastek się znajduje. W przyszłości może to pozwolić na indywidualne podejście do terapii każdego pacjenta, co doprowadzi do optymalnego wyboru dawki promieniowania. Poza onkologią, mapy tlenowe mogą być przydatne w terapii innych stanów patologicznych związanych z niewystarczającym utlenowaniem, takich jak choroby sercowo-naczyniowe, udar lub gojenie się ran.

 

Bibliografia:

http://www.projektor.uj.edu.pl/nowotwory/mapy-tlenowe

Research team from the Faculty of Biochemistry, Biophysics and Biotechnology: Martyna Elas, PhD; Martyna Krzykawska-Serda, PhD; Katarzyna Jasińska, MSc; Michał Gonet, MSc; Agnieszka Drzał, MSc

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-08/lu-rmb081617.php

https://derstandard.at/1325485447133/Oxygen-maps-of-tumors