Marcelo M.M. Rangela (1), Jean C.S. Luza (1), Krishna D. Oliveiraa (1), Javier Ojedab (2), Jennifer O. Freytaga (1), Daniela O. Suzukic (3)
1 Veterinary Oncology, Vet Cancer, São Paulo, Brazil.
2 Veterinary Clinical Science Institute, Universidad Austral de Chile, Chile.
3 Institute of Biomedical Engineering, Federal University of Santa Catarina, Florianópolis, Brazil.
Özet
Elektrokemoterapi (ECT/EKT) kemoterapiyle elektrik impuslarının lokal olarak uygulanmasının birleştirildiği bir tekniktir. Amacı hücre zarının geçirgenliğini geri dönülebilir bir şekilde artırarak kemoterapötik ilaçların geçişini kolaylaştırarak sitotiksik etkilerinin yoğunluğunu çoğaltmaktır. Bu teknik, onkolojik hastalar için tek başına ya da operasyona adjuvan olarak tedavi olanaklarını genişletmiştir. Özellikle uzuvlar, kafatası, ağız boşluğu, boyun ve anüs çevresi gibi güvenlik sınırının operasyon durumunda az olduğu bölgelerdeki tümörlerin tedavisi için etkindir. EKT, sağlıklı dokunun alınmasını engelleyerek ve güvenlik sınırını genişleterek, operasyonların daha koruyucu bir şekilde yapılmasını hatta başka koşullarda yapılması mümkün olmayan operasyonların yapılmasını olanaklı kılar. Bu makalenin amacı elektrokemoterapinin prensipleri, uygulama alanları ve gelecekte mümkün olan kullanım şekilleriyle ilgili kısa bir kaynak taraması sunarken, kanserin bu görece yeni tedavi tekniğiyle ilgili bilgi vermektir.
Anahtar Kelimeler: bleomisin, elektroporasyon, veteriner onkolojisi, elektrokemoterapi.
Elektroporasyon Ve Elektrokemoterapi Mekanizmaları
Elektroporasyon ya da elektrogeçirgenlik sağlanması hücrelerin belli elektrik impuslarına maruz kalmasıyla gerçekleşir (1000 V/cm, 100 mikrosaniye, 5 kHz frekansta 8 pals). Bu geçici olarak hücre zarının geçirgenliğini artırır ve normalde zarın moleküllere karşı geçirgen olmadığı ya da kısmen geçirgen olduğu moleküllerin sitoplazmaya ulaşmasını sağlar. (Mir ve ark. 1996, Teissie ve ark. 2005, Mir 2006). Fizyolojik koşullar altında hücre zarı, pompalar ve iyon kanallarıyla denge halinde tutulan, zarın elektrik potansiyelinin sabit olduğu dinlenim potansiyeline sahiptir. Hücrelerin dışsal elektrik alanına maruz bırakılması transmembran potansiyel farkını uyarır, dinlenim potansiyelini ve lipit çift katmandaki moleküllerin dizilişini değiştirir; bu da porların oluşumuna neden olur (Almers ve ark. 2010, ve ark. 2010). Elektroporasyon belli elektrik parametrelerine bağlıdır; hücrelerin maruz kaldığı elektrik alanının amplitüdü ve süresi sürecin önemli ögeleridir. (Resim 1). Düşük amplitütte ve sürede, geçirgenlik açısından hücre zarında gözle görünen bir etki yoktur; orta amplitüt ve sürede elektrogeçirgenlik sağlanır. Por modelinde porlar maruz kalınan sürenin sonunda kapanır ve hücreler canlı kalır. Aşırı amplitüt ve/veya süreler, muhtemelen porların kapanmaması ya da geç kapanması nedeniyle elektrogeçirgenliğin nontermal ve geri dönülemez olmasına neden olur ve bu da mitotik katastrof denilen hücre ölümüne neden olur. Mitotik katastrof metafazda gerçekleşen çok çekirdeklenmeden önce gelir (Kroemer ve ark. 2009). Geri döndürülemeyen termal elektroporasyon aynı zamanda daha da yüksek amplitütler uygulandığında hücrelerin termal zarar görmesiyle de oluşabilir (Cemazar ve ark. 2015). Ultrayapısal bir çalışma, zarlarda, lipitlerin ve proteinlerin elektroporasyonda kullanılan elektrik alanına maruz kaldıktan sonra dinamik yapılarında bozulmalar (proteinlerin zar kümeleri ve hidrofilik porlar oluşturması gibi) gibi değişiklikler olduğunu da gösterdi. Dinamik yapıdaki bu bozulmalar elektroporasyon sırasında moleküllerin girişinden sorumlu olurlar (Spugnini ve ark. 2007c).
Elektrokemoterapi
Elektrokemoterapi (EKT) kemoterapiyle belli derecede elektrik impulslarının hücre içine geçişi olmayan neoplastik ilaçların (ya da geçişi az potansiyeli olanların) hücrelere geçişinin sağlanmasını olanaklı kılan bir tekniktir (Mir 2006). Elektrokemoterapide kullanılan dalga biçimleri kare dalga, tek ya da çift fazlı palslardır. Elektrokemoterapide en sık kullanılan elektrik parametreleri 8 pals, 100 μs uzunluk, 1-5 kHz frekans ve 1000 V/cm (iğne paralel elektrotlar için) ya da 1300 V/cm (plaka elektrotlar) alan şiddetidir (Spugnini ve ark. 2007a, Pavlin ve ark. 2009, Tozon ve ark. 2016, Maglietti ve ark. 2016, Pierini ve ark. 2016, Suzuki ve ark. 2018, Lowe ve ark. 2017). Bu teknik için kullanılan temel ilaçlar bleomisin ve cisplatindir (Sersa ve ark. 2008, Escoffre ve Rols 2012).bleomisin elektrokemoterapide içerdiği yüksek sitotoksik potansitel ve mitotik hücre ölümü mekanizmasından kaynaklanan hücre seçiciliği yüzünden kullanılır. Hücrenin içine girdiği zaman bleomisin endonükleaz görevi görür; DNA’da tek ve çift dizgili kopmalar meydana getirir ve özellikle çoğalma sürecinde olan hücreleri etkiler (Orlowski et al 1988, MIR et al 1988, Mir 2006). Bleomisin geçirgenleştirilen hücrelere hücre zarı proteinlerini kullanarak girebilmesine rağmen, kapasitesi hücre zarı tarafından oldukça kısıtlıdır ki bu da bu hücrelere etkisinin neden sınırlı olduğunu açıklar. Bunun nedeni sadece bazı moleküllerin etkin bir biçimde içe alınması ve DNA’ya ulaşmasıdır (Mir ve ark. 1996). Elektrogeçirgenliğin sağlanması bu engelleri aşmanın bir yoludur; in vitro çalışmalar, elektrogeçirgenliğin sağlanmasının ilaçların sitotoksik etkilerini bin katına çıkardığını bildirmiştir (Poddevin 1991, Mir ve ark. 1996, Gehl 2003, Orlowski ve ark. 2016). EKT antineoplastik ilaçların emilimini artırır; ilaç, hücre geçirgenliği sağlandıktan sonra hücrenin içinde kalır ve sitotoksisitesi maksimum düzeyine ulaşır. EKT’nin başka bir özelliği de elektrik palslara maruz kalan dokuları sınırlandırarak kemoterapötik yan etkileri azaltmasıdır (Spugnini ve Porrello 2003, Gehl 2003, Miklavcic ve ark. 2014, Tafuto ve ark. 2015).
Bleomisin, elektrogeçirgenliğin sağlanmasından sonra içe alınan moleküllerin sayısına bağlı olarak hücre ölümünü iki farklı mekanizmayla gerçekleştirir. Düşük dozlarda bleomisin uygulandıktan sonra hücre üç adet iki katına çıkma süresinden sonra ölür (mitotik ölüm); yüksek dozlarda hücre ölümü apoptozise benzer bir şekilde gerçekleşir (mimetik apoptozis) (Tounekti ve ark. 1993). Elektroporasyon eşiğine ulaşmak için, fiziksel faktörler (hücre büyüklüğü ve şekli), biyolojik özellikler (hücre iskeleti yapısı) ve yeterli elektrik parametleri gibi ögeler göz önünde bulundurulmalıdır. Fakat varsayımsal olarak, elektroporasyonu hücre ya da doku tipinden bağımsız olarak uygulamak da mümkündür (Rols ve Teissie 1992, Teissie ve ark. 2005, Cemazar ve ark. 2015, Sersa ve ark. 2015).
EKT’nin etkinliği için iki faktör değerlendirmeye alınmalıdır. İlk olarak, kemoterapötik ilaç tümörün içine uygulanabilir ki bu durumda elektrogeçirgenlik hemen sağlanmalıdır ya da elektrogeçirgenlik sağlanana kadar 8 dakika aralıklarla damardan verilebilir. Damardan verme yöntemindeki bekleme zamanları antineoplastik ilacın tümördeki farmalojik zirvesine ulaşmasını sağlar; tekniğin prensibi uyarınca 20-25 dakika arasında etkili bir yoğunlukta orada kalır. İkinci olarak, tümörün bütününün, çevre doku da dahil olmak üzere geri döndürülebilir elektrogeçirgenliği sağlamak için yeterli elektrik alanına maruz bırakılmasıdır. Bu, elektrotların ve elektrik palslarının uygun parametrelerde uygulanmasıyla mümkündür (Marty ve ark. 2006, Domenge ve ark. 1996). Anormal vaskülarizasyona bağlı daha büyük boyutlu tümörlerde ilacın düzgün dağılımı engellendiğinde damar ve tümör içi uygulama beraber düşünülebilir (Maglietti ve ark. 2016). Sürecin skokastik doğasına bağlı olarak, tümöre elektrot yerleştirilmesi ve elektrik alanının etkin bir şekilde yayılması, neoplazinin ilaca tepkisinden daha önemli faktörler haline gelebilir (Gehl 2003, Mir 2006, Cemazar ve ark. 2015).
Artan zar geçirgenliğine ek olarak, vasküler tutulum ve bağışıklık tepkisi gibi etkiler de EKT’yle ilgili olarak anlatılan mekanizmalardır. Sersa ve arkadaşlarına göre (2008), elektrokemoterapi, iki ayrı mekanizma yoluyla vasküler disregülasyon sürecine neden olur. Bunlardan ilki, elektrik palslarının geçici hücre iskeleti hasarı, vasküler endotelyum büyümesi gibi durumlara yol açarak bazı tümörlerin ve vasküler hücrelerin ölümüne neden olmasıdır. Diğeri EKT’nin endotelyal sitotoksisiteye yol açmasıdır. İki mekanizma da lokal kan akışını ve tümörün oksijenasyonunu azaltır. Hipoksiye neden olur ve tümörel kan damarları nekroza uğrar (Spugnini ve ark. 2006). Bunlara ek olarak, bazı çalışmalar intravital mikroskopi kullanarak EKT’nin normal ve tümörel kan damarlarında vasokonstrüksiyona neden olduğunu ortaya koymuştur. Vasküler sekestrasyon geçici olarak sadece elektroporasyon kaynaklı olarak biriken antineoplastiği tutar ve azalan kan akışı sayesinde tümörden çıkmasını engeller (Jarm ve ark. 2010). Tümörel hücrelerin ortadan kaldırılması için elektrokemoterapiden sonra bağışıklık sistemi de önemli. Tümör hücrelerinin heterojen oluşu (tümörde kemoterapinin dağılımını, oryantasyonunu ve boyutunu belirliyor) tüm hücreler hepsi etkin bir biçimde elektroporasyona uğramadığı için ya da kemoterapötik ilacın yeterli bir kısmını içine almadığı için elektrokemoterapi tarafından yok edilemeyebilir. (Miklavcic ve ark. 2014, Sersa ve ark. 1997). Diğer fiziksel yöntemler gibi (örn. radyoterapi), kalan hücrelerin oranı düşük olduğunda, bağışıklık sistemi onları yok edebilir. Benzer bir durum, bağışıklığı yetersiz organizmalarda da izlenmiştir. Bağışıklığı yüksek olan bireylerin elektrokemoterapiden sonra kür ihtimali çok daha yüksektir. (Sersa ve ark. 1997). Bunun nedeni kalretikulin gibi immunojenik moleküllere maruz kalınması ve tümöre karşı bağışıklık hücrelerini aktive eden, EKT tarafından yok edilen hücrelerden çıkan neoplastik antijenler olabilir (Calvet ve ark. 2014, Gerlini ve ark. 2013, Gerlini ve ark. 2012, Miklavcic ve ark. 2012).
Elektrokemoterapi Kullanımının Klinik Sonuçları
Birçok çalışma, standart tedavi yöntemlerine yanıt vermeyen ya da sınırlı tedavi opsiyonları olan farklı kanser tipleri için olumlu sonuçlar sunmuştur (Tablo 1). Buna ek olarak, EKT cerrahi olarak çıkartılamayan tümörler ya da anatomik açıdan kısıtlı imkanlar veren bölgeler için de alternatif olabilir. EKT değerlendirmesi için, birçok onkolog Veterinerlik Karşılaştırmalı Onkoloji Grubu’nun (VCOG) solid tümörler için sunduğu kriterleri kullanır (Nguyen ve ark. 2013): Tam yanıt (CR/TY) hedeflenen tüm lezyonların ve <10 mm kısa eksen boyutlu patolojik lenf nodlarının ortadan kalkması olarak tanımlanır. Kısmi yanıt ise hedeflenen lezyonların çaplarının en az %30 küçülmesi anlamına gelir. Progresif hastalık bir ya da daha fazla lezyonun belirmesi ya da toplamda lezyonların çaplarında en az %20 büyüme olmasıdır. Değerlendirmede minimal toplam refererans olarak alınır. Bunlara ek olarak, toplamda 5 mm’lik bir büyüme olmalıdır. Stabil hastalıkta, değerlendirme %30’dan daha az büyüyen tümörleri ya da hedeflenen tümörlerin (gözlem sırasında çapların toplamının en küçük toplamıyla karşılaştırılır) en küçük toplam çapında %20 büyümeyi içerir. Birçok çalışma tam ve kısmi yanıtları içeren genel bir yanıt değerlendirmei sunar.
Köpeklerde olumlu yanıtlar özellikle mast hücresi ve anüs çevresi olmak üzere, deri tümörlerinde görülür (Resim 2). Mast hücre tümörlerinde Patnaik ve arkadaşlarının oluşturduğu histolojik derecelendirmeyi (1984) kullanarak, tümör içi cisplatin uygulanan iki çalışmada, derece I ve III tümörlerinin %62.6’sında (25 vaka) tam remisyon; 7 derece I, 24 derece II ve 6 derece III vakada, %78’inde de (37 vaka) nükse kadar geçen süre 1218 gün olarak izlenmiştir (Kodre ve ark. 2009, Spugnini ve ark. 2011). Mast hücre tümörlerinde endovenöz bleomisin kullanılan başka bir çalışma da 80 köpeğin incelenmesinde tam objektif remisyon olduğunu bildirmiştir. Histolojik derecelendirme çalışmaya dahil edilmemiştir (Tozon ve ark. 2016). Fakat EKT’nin en çok 2 cm’den küçük tümörlerde etkili olduğu gösterilmiştir. Lowe ve arkadaşları (2017) benzer bir tedavide dört grubu değerlendirirken, 51 köpeğin %100 objektif yanıt verdiğini ve nüks zamanının 1500 gün olduğunu belirtmişlerdir. Anüs çevresi tümörleri için tümör içi bleomisin ya da cisplatin uygulamasına objektif yanıt oranı 34 ayda %92 (Tozon ve ark. 2005) ve 14 ayda tam remisyon görülen %84.2’dir (Tozon ve ark. 2010).
Birçok çalışma EKT’nin %100 objektif yanıta ulaşabildiğini (%73 tam remisyon + %27 kısmi yanıt) tüm skuamöz hücreli kanser evreleri göz önünde bulundurularak ortalama hayatta kalma süresinin 452 gün olduğunu belirtmiştir (Pierini ve ark. 2016). SHK’yla ilgili daha önceki çalışmalar %87.5 (17 kitle) objektif yanıt oranına ulaşırken, 2-8 yıl arasındaki nüks oranının %22 olduğunu gözlemlemişlerdir (Tozon ve ark. 2014). Spugnini ve arkadaşları (2015) SHK’lı 21 kedide %81’lik objektif yanıt oranı olduğunu gördüler. Ortalama nüks zamanı EKT grubu için 30.5 ayken, kontrol grubu için 3.9 aydı. Yumuşak doku sarkomasında (STS/YDK) tümör içi bleomisin ve cisplatin uygulandığında 22 köpek %95 objektif yanıt oranı verdi (Spugnini ve ark. 2007a). Diğer yandan, kedilerde YDK’yla ilgili iki çalışmada, 103 kedide %70 ve %54 genel yanıt oranı görüldü; nüks zamanları sırasıyla 666 gün ve 570 gündü (Spugnini ve ark. 2011g, Spugnini ve ark. 2007b). İki çalışmada da boyutları daha küçük olan tümörler tedaviye daha iyi yanıt verdi. EKT’nin operasyona ya da kemoterapiye iyi yanıt vermeyen tümörlerle ilgili değerlendirmeleri oldukça olumlu. Melanomlu on iki köpek damardan bleomisinle tedavi edildi, genel yanıt %83.6 iken, tam yanıt yüzdesi %41.4’tü. Maglietti ve arkadaşları (2017) intranazal tümörü olan on bir köpeğe tek iğne elektrodu kullanarak %27 tam yanıt, %67 kısmi yanıt aldılar. Bu vakada, EKT grubunun (16.86 ay) ortalama hayatta kalma süresi kontrol grubundan (5.3 ay) kayda değer oranda daha yüksekti. Kemoterapiye ve standart protokollere direnç gösteren tümörleri olan köpekler de EKT ile tedavi edildi. Bu çalışmada cinsel yolla bulaşan hastalığı olan ve vinkristine direnç gösteren üç köpeğe tümör içi bleomisin uygulandı ve tam yanıt alındı (Spugnini ve ark. 2007). Kütanöz lenfoması olan iki köpek ve dört kedide de benzer sonuçlar elde edildi (Spugnini ve ark. 2008). Son olarak Lowe (2016) farklı spontan tümörleri tedavi ederek 176 hastada %66 objektif yanıta ulaştı. EKT’nin uygulanabilirliğini ve deri ve deri altı solid tümörlerin tedavisinde çok etkili bir araç olduğunu destekleyecek birçok neden listelenebilir. Örneğin:
– Mali ve arkadaşlarının 1894 tümörle ilgili sonuçları içeren metaanalizine (2013) göre yüksek remisyon oranı: histolojik orijinden bağımsız olarak tümörlerin %54.8’inde tam remisyon ve tek seans sonrası nodüllerin %24.7’sinde kısmi yanıt;
– Sadece tümörü tedavi etmez, çevre sınırlarda da etkilidir. Böylece olası tümör hücresi infiltrasyonuna engel olur (Miklavcic ve ark. 2012);
– Bir haftalık aralarla tekrar uygulandığında tek bir uygulamada tamamen remisyon göstermeyen tümörlerde yanıt oranı yükselir (Campana ve ark. 2009);
– EKT sonrası kalan hücrelerin bağışıklık yanıtını stimüle eder (Miklavcic ve ark. 2012);
– Daha önce operasyonla ya da radyoterapiyle tedavi edilmiş, kemoterapiye direnç göstermiş tümörlerde de etkilidir (Miklavcic ve ark. 2012);
– Hastalar üzerinde tedavi sırasında ya da sonrasında toksik etkileri yoktur (Miklavcic ve ark. 2012);
– Büyük yatırıımlar gerektirmediği için kullanılan teknoloji ve kemoterapi açısından malifet-fayda ilişkisi olumludur (Marty ve ark. 2006).
EKT’yi tümörlerde ve internal boşluklarda kullanma tekniği geliştirilmiştir (Miklavcic ve ark. 2012), PET, ultrason, MRI gibi görüntülemeler sırasında da tümörlerin yerlerini belirlemek ve elektrotları iç organlara yerleştirmek de mümkündür (Miklavcic ve ark. 2010, Pavliha ve ark. 2013). Tümörün yerinin kesin olarak belirlenmesi ve özel iğne elektrotlarının kullanılması, EKT’nin yüzeysel olmayan melanoma metastazı, sarkoma, kemik tümörleri hatta beyin tümörleri (Resim 2) ya da iç organların operasyonla ya da uzuvların perkütanöz tedavisi gibi durumlarda da EKT’nin kullanımını mümkün kılar. Bu gibi durumlarda elektrodun retraksiyonu kanamaya yol açabilir; fakat vasküler bloklama bu durumun etkisini minimize edebilir (Miklavcic ve ark. 2010, Jarm ve ark. 2010, Cemazar ve ark. 2015). Kardiyak elektrik aktiviteyle interferansın önüne geçilmesini sağlayacak teknikler de geliştiriliyor. Elektrik alanının planlanması EKT’nin etkinliği açısından kritiktir ve elektrik alanının düzensiz dağılımına yol açabilecek doku iletkenliğinin heterojenliği açısından uygulama alanıyla ilişkilendirilmelidir ve komşu organların etkilenmesinin önlenmesi konusuna dikkat edilmelidir (Domenge ve ark. 1996, Deodhar ve ark. 2011, Mali ve ark. 2008, Suzuki ve ark. 2018). Elektrokemoterapi gelişim aşamasındadır. Günümüzde elektroporasyon cihazları geliştirilmektedir ve kalbe yakın bölgeler için elektrik palslarının elektrokardiyogramla zamanlamasını ayarlayacak senkronizasyon teknikleri üzerinde çalışılırken, belli bölgelerde kullanılacak elektrotlar yapılmaktadır. Güdümlü laparoskopi kullanımı da elektrot pozisyonlamasının daha kontrollü olmasını ve ulaşılması zor yerlerde olan tümörlerin etkin bir biçimde tedavi edilmesini sağlayacak elektroporasyonun eşzamanlı gözlemlenmesi ve elektrik alanının dağılımı için tekniklerle birlikte geliştirilmektedir (Kranjc ve ark. 2011, Mahmood ve ark. 2011, Miklavcic ve ark. 2012, Cemazar ve ark. 2015). Deri ve deri dışındaki kanserlerin tedavisinde kabul edilen bir tedavi yöntemi haline gelmiş olmasına rağmen, elektrokemoterapiyle ilgili standart değerlendirmeler ve daha kaliteli klinik veriye ihtiyaç vardır. Bu yüzden, araştırmacılar arasında etkin iletişimi sağlayabilmek ve farklı tedavi teknolojilerini uygun bir şekilde karşılaştırabilmek için terminolojinin ve raporlama kriterlerinin standartlaşması gereklidir. (Campana ve ark. 2016).
Sonuç
EKT kanser hastaları için olası tedavi yöntemlerine bir yenisini ekleyerek daha konservatif prosedürlerin uygulanmasını, hatta daha önce teknik olarak mümkün olmayan operasyonların yapılmasını sağlıyor. Diğer tedavi yöntemlerinin yanında elektrokemoterapinin kullanımı farklı tipte kanserleri olan köpek ve kedilerde cesaret verici sonuçlar vermiştir. Bu teknikle ilgili daha fazla araştırma kanser tedavisinin gelişimi konusunda önemli katkı sağlayacaktır.
Kaynak
-Rangel, Marcelo & Luz, Jean & Oliveira, Krishna & Ojeda, Javier & Jennifer, Okonkwo & Suzuki, Daniela. (2019). Electrochemotherapy in the treatment of neoplasms in dogs and cats. Austral journal of veterinary sciences. 51. 45-51. 10.4067/S0719 81322019000200045.
https://scielo.conicyt.cl/scielo.php?pid=S0719-81322019000200045&script=sci_arttext
