تقييم دور الوظيفة المتقدرية في التعب المتصلة بالسرطان
Summary
أن هدفنا وضع بروتوكول عملي لتقييم خلل mitochondrial المرتبطة بالتعب في مرضى السرطان. هذا البروتوكول المبتكرة هو الأمثل بالفصاده فقط القياسية التي تشمل الاستخدام السريري والإجراءات المختبرية الأساسية.
Abstract
التعب هي مشتركة وموهنة شرط أن يؤثر على معظم مرضى السرطان. وحتى الآن، اختبار التعب تظل ضعيفة تتسم لا تشخيص موضوعيا قياس شدة هذا الشرط. هنا يصف لنا أسلوب أمثل لتقييم الوظيفة المتقدرية من ببمكس التي جمعت من مرضى السرطان يعانون من الإجهاد. باستخدام نظام الجريان خارج الخلية المدمجة وحقن متسلسلة من مثبطات الجهاز التنفسي، قمنا بفحص الحالة الوظيفية المتقدرية PBMC بقياس التنفس المتقدرية القاعدية، وقطع غيار القدرات التنفسية، والنمط الظاهري في الطاقة، الذي يصف مسار الطاقة المفضل الاستجابة للتأكيد. ببمكس الطازجة متوفرة بسهولة في الإعداد السريرية باستخدام ضمادة القياسية. فحص كامل الموصوفة في هذا البروتوكول يمكن أن تكتمل في أقل من 4 ساعات دون مشاركة التقنيات الكيميائية الحيوية المعقدة. بالإضافة إلى ذلك، يصف لنا طريقة تطبيع ما ضروري للحصول على البيانات القابلة لإعادة الإنشاء. الأساليب الإجرائية وتطبيع بسيطة عرضت السماح لجمع العينات المتكررة من نفس المريض وجيل من استنساخه من البيانات التي يمكن مقارنتها بين النقاط الزمنية لتقييم آثار العلاج المحتملة.
Introduction
التعب هو شرط انتشارا والمؤلم أن يخلف أثرا سلبيا على نوعية الحياة ل مرضى السرطان1. حتى هذا التاريخ، ما زال غير المحددة بوضوح التعب السرطان وتعتمد فقط على التقارير الذاتية بالمرضى2. ولذلك، هناك حاجة ملحة لتحديد اختبار تشخيص المختبري يمكن تكييفها بسهولة لموضوعي تميز التعب في الإعداد السريرية3،4.
واقترحت الآليات الكامنة متعددة، بما في ذلك خلل الميتوكوندريا، تسبب التعب5. الميتوكوندريا هي العضيات قوة، توفير 95 في المائة احتياجات الطاقة الخلوية عن طريق الفسفرة، وتلعب دوراً هاما في إشارات الكالسيوم والمبرمج، مما يشير إلى المناعة وتنظيم أحداث أخرى داخل الخلايا مما يشير إلى6 . وبناء على ذلك، قد يسهم الاستقلاب المتقدرية البصر والعيوب في إنتاج الطاقة التعب. دعم هذه الفرضية، لاحظنا الدراسات السابقة طفرات في الحمض النووي في المرضى الذين يعانون من متلازمة التعب المزمن7. في حين أنه لم يتضح بعد ما إذا كان أصل الفيزيولوجية المرضية للتعب يكمن داخل الجهاز العصبي المركزي أو في الأنسجة المحيطية، مثل عضلات الهيكل العظمى8،9، يوجد حاليا لا توجد طريقة مباشرة إجراء تقييم دقيق خلل mitochondrial المتصلة بالتعب في الخلايا الحية، ريسبيرينج.
ويوفر العديد من المزايا باستخدام خلايا الدم المحيطية وحيدات النوى (ببمكس) لدراسة الوظيفة المتقدرية. أولاً، ببمكس متوفرة بسهولة في الإعداد السريرية باستخدام ضمادة القياسية، ويمكن أن تكون معزولة بسرعة باستخدام التقنيات المختبرية الأساسية. وثانيا، جمع الدم أقل الغازية من جمع أنسجة أخرى مثل خزعة العضلات. وهكذا، عينات الدم يمكن جمعها من المريض نفسه مرارا وتكرارا على مر الزمن، مما يسهل تقييم طولية من آثار العلاج. من المثير للاهتمام، يبدو الوظيفة المتقدرية في ببمكس يكون ارتباطاً جيدا مع مركز الكلي المتقدرية في نموذج حيوان10. وعلاوة على ذلك، استخدمت الميتوكوندريا الخلايا المناعية كوكيل للكشف عن التغييرات النظامية تحت المرض مختلف الظروف11،12. الميتوكوندريا في تعميم الخلايا المناعية خاصة حساسة للتغيرات في وظائف المناعة والمناعة مما يشير إلى جزيئات مثل السيتوكينات13،،من1415. على سبيل المثال، لوحظ أن ببمكس من المرضى الذين يعانون من أمراض التهابات الروماتيزمية الحادة يحمل الأساس ارتفاع استهلاك الأوكسجين14. وفي المقابل، انخفض استهلاك الأكسجين في ببمكس المعزولة من المرضى مع الجهازية الظروف الملتهبة بما في ذلك الانتان16. تحت ظروف التحريضية، والجذور الحرة التي تنتجها الميتوكوندريا مختلة قد يسهم مرتفعة الأكسدة والالتهاب المطول17. الدور المركزي الميتوكوندريا في إنتاج الطاقة فضلا عن الأكسدة يوحي بالفائدة المحتملة من استخدام الوظيفة المتقدرية كوكيل لدراسة التعب في مرضى السرطان 13.
الدراسات السابقة دراسة الوظيفة المتقدرية تستخدم تقنيات الكيمياء الحيوية، قياس محتمل غشاء الميتوكوندريا أو عزل السكان خلية معينة قد لا تكون سهولة التكيف في الإعداد السريرية5، 14،18. في السنوات الأخيرة، وضع فحوصات الجريان خارج الخلية قد أتاح الباحثون بسهولة ودقة دراسة التغيرات في معدل استهلاك الأوكسجين (OCR) استجابة للحقن الآلي لمثبطات الجهاز التنفسي19،20 , 21 , 22-ومع ذلك، صممت معظم هذه الدراسات لأنواع محددة من الخلايا وقد لا تنطبق في إعداد سريرية شكل كبير الفائق. في هذه المخطوطة، يصف لنا بروتوكولا أمثل لدراسة الوظيفة المتقدرية للاستخدام السريري.
Protocol
Representative Results
Discussion
التعب في مرضى السرطان هو شرط منهكة التي ليست محددة بشكل جيد، أو وصف1. تشخيص التعب تتوقف كلياً على الإبلاغ الذاتي، ولا يوجد المعيار الحالي للتشخيص أو العلاج لهذا الشرط، إلى حد كبير بسبب عدم فهم في بل2. من الآليات المقترحة التي تقوم عليها التعب في مرضى السرطان، ضعف ف?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
هذه الدراسة معتمد بشكل كامل “شعبة البحوث الداخلية” للمعهد الوطني للتمريض البحث من المعاهد الوطنية للصحة، بيثيسدا، ماريلاند.
Materials
| CPT Mononuclear Cells Preparation Tube | BD Biosciences | 362761 | For isolating PBMCs following phlebotomy |
| RPMI-1640 | Corning | 10-040 | For making growth media for PBMCs |
| Fetal bovine serum (FBS) | Corning | 35-010-CV | For making growth media for PBMCs |
| Penicillin/Streptomycin | ThermoFisher | 15140122 | For making growth media for PBMCs |
| Cell-Tak | Corning | 354240 | Cell and Tissue adhesive solution; allows suspension cells to adhere to the surface |
| Seahorse XF Calibrant Solution | Agilent | 103059-000 | For hydrating cartridges |
| XFp Fluxpak (miniplates and sensor cartridges) | Agilent | 103022-100 | Contains XFp cell culture miniplates and sensor cartridges |
| XF base media | Agilent | 103335-100 | For making XF assay media |
| 45% cell culture D-(+)-Glucose solution | Corning | 25-037-CI | For making XF assay media |
| Sodium pyruvate solution | Corning | 25-000-CI | For making XF assay media |
| L-glutamine solution | ThermoFisher | 25030081 | For making XF assay media |
| Seahorse XFp Mito Stress Test Kit | Agilent | 103010-100 | Contains oligomycin, FCCP, antimycin A/rotenone |
| CyQUANT Direct Cell Proliferation Assay | ThermoFisher | C35011 | For quantification of live cells and data normalization |
| Seahorse XFp Analyzer | Agilent | S7802AEA | For measuring mitochondrial function in live cells |
| Cytation 5 Cell Imaging Multi-Mode Reader (or any instrument that can quantify fluorescent cells in a plate) | BioTek | BTCYT5PV | For quantification of live cells and data normalization |
References
- Berger, A. M., et al. Cancer-Related Fatigue, Version 2.2015. Journal of the National Comprehensive Cancer Network. 13 (8), 1012-1039 (2015).
- Feng, L. R., Dickinson, K., Kline, N., Saligan, L. N. Different phenotyping approaches lead to dissimilar biologic profiles in men with chronic fatigue following radiation therapy. Journal of Pain and Symptom Management. 52 (6), 832-840 (2016).
- Feng, L. R., et al. Clinical Predictors of Fatigue in Men With Non-Metastatic Prostate Cancer Receiving External Beam Radiation Therapy. Clinical Journal of Oncology Nursing. 19 (6), 744-750 (2015).
- Feng, L. R., Wolff, B. S., Lukkahatai, N., Espina, A., Saligan, L. N. Exploratory Investigation of Early Biomarkers for Chronic Fatigue in Prostate Cancer Patients Following Radiation Therapy. Cancer Nursing. 40 (3), 184-193 (2017).
- Myhill, S., Booth, N. E., McLaren-Howard, J. Chronic fatigue syndrome and mitochondrial dysfunction. International Journal of Clinical and Experimental Medicine. 2 (1), 1-16 (2009).
- Pernas, L., Scorrano, L. Mito-Morphosis: Mitochondrial Fusion, Fission, and Cristae Remodeling as Key Mediators of Cellular Function. Annual Review of Physiology. 78 (1), 505-531 (2016).
- Vecchiet, L., et al. Sensory characterization of somatic parietal tissues in humans with chronic fatigue syndrome. Neuroscience Letters. 208 (2), 117-120 (1996).
- Jones, D. E. J., Hollingsworth, K. G., Taylor, R., Blamire, A. M., Newton, J. L. Abnormalities in pH handling by peripheral muscle and potential regulation by the autonomic nervous system in chronic fatigue syndrome. Journal of Internal Medicine. 267 (4), 394-401 (2010).
- Feng, L. R., Suy, S., Collins, S. P., Saligan, L. N. The role of TRAIL in fatigue induced by repeated stress from radiotherapy. Journal of Psychiatric Research. 91, 130-138 (2017).
- Karamercan, M. A., et al. Can peripheral blood mononuclear cells be used as a proxy for mitochondrial dysfunction in vital organs during hemorrhagic shock and resuscitation. Shock. 40 (6), (2013).
- Ijsselmuiden, A. J. J., et al. Circulating white blood cells and platelets amplify oxidative stress in heart failure. Nature Clinical Practice Cardiovascular Medicine. 5, 811 (2008).
- Kong, C. -. W., et al. Leukocyte mitochondrial alterations after cardiac surgery involving cardiopulmonary bypass: Clinical correlations. Shock. 21 (4), 315-319 (2004).
- Straub, R. H. The brain and immune system prompt energy shortage in chronic inflammation and ageing. Nature Reviews Rheumatology. 13, 743 (2017).
- Kuhnke, A., Burmester, G., Krauss, S., Buttgereit, F. Bioenergetics of immune cells to assess rheumatic disease activity and efficacy of glucocorticoid treatment. Annals of the Rheumatic Diseases. 62 (2), 133-139 (2003).
- Kramer, P. A., Ravi, S., Chacko, B., Johnson, M. S., Darley-Usmar, V. M. A review of the mitochondrial and glycolytic metabolism in human platelets and leukocytes: Implications for their use as bioenergetic biomarkers. Redox Biology. 2, 206-210 (2014).
- Garrabou, G., et al. The Effects of Sepsis on Mitochondria. The Journal of Infectious Diseases. 205 (3), 392-400 (2012).
- Mittal, M., Siddiqui, M. R., Tran, K., Reddy, S. P., Malik, A. B. Reactive oxygen species in inflammation and tissue injury. Antioxidants & Redox Signaling. 20 (7), 1126-1167 (2014).
- Adrie, C., et al. Mitochondrial Membrane Potential and Apoptosis Peripheral Blood Monocytes in Severe Human Sepsis. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 164 (3), 389-395 (2001).
- Traba, J., Miozzo, P., Akkaya, B., Pierce, S. K., Akkaya, M. An optimized protocol to analyze glycolysis and mitochondrial respiration in lymphocytes. Journal of Visualized Experiments. (117), e54918 (2016).
- Nicholls, D. G., et al. Bioenergetic profile experiment using C2C12 myoblast cells. Journal of Visualized Experiments. (46), e2511 (2010).
- Van den Bossche, J., Baardman, J., de Winther, M. P. J. Metabolic characterization of polarized M1 and M2 bone marrow-derived macrophages using real-time extracellular flux analysis. Journal of Visualized Experiments. (105), e53424 (2015).
- Boutagy, N. E., et al. Using isolated mitochondria from minimal quantities of mouse skeletal muscle for high throughput microplate respiratory measurements. Journal of Visualized Experiments. (104), e53216 (2015).
- Yellen, S. B., Cella, D. F., Webster, K., Blendowski, C., Kaplan, E. Measuring fatigue and other anemia-related symptoms with the Functional Assessment of Cancer Therapy (FACT) measurement system. Journal of Pain and Symptom Management. 13 (2), 63-74 (1997).
- Yost, K. J., Eton, D. T., Garcia, S. F., Cella, D. Minimally important differences were estimated for six Patient-Reported Outcomes Measurement Information System-Cancer scales in advanced-stage cancer patients. Journal of Clinical Epidemiology. 64 (5), 507-516 (2011).
- Kang, J. -. G., Wang, P. -. y., Hwang, P. M., Galluzzi, L., Kroemer, G. . Methods in Enzymology. 542, 209-221 (2014).
- Chacko, B. K., et al. Methods for defining distinct bioenergetic profiles in platelets, lymphocytes, monocytes, and neutrophils, and the oxidative burst from human blood. Laboratory Investigation. 93 (6), 690-700 (2013).
- Jones, L. J., Gray, M., Yue, S. T., Haugland, R. P., Singer, V. L. Sensitive determination of cell number using the CyQUANT® cell proliferation assay. Journal of Immunological Methods. 254 (1), 85-98 (2001).
- Hartman, M. -. L., et al. Relation of mitochondrial oxygen consumption in peripheral blood mononuclear cells to vascular function in type 2 diabetes mellitus. Vascular Medicine. 19 (1), 67-74 (2014).
