Extracto
Introducción
metabolismo del cáncer anormal crea una glicolítica dependencia que puede ser explotada mediante la reducción de la glucosa disponibilidad al tumor. La dieta cetogénica (KD) es un carbohidrato bajo, dieta alta en grasa que disminuye la glucosa en sangre y eleva cetonas en sangre y se ha demostrado que retrasa la progresión del cáncer en animales y humanos. vasculatura del tumor anormal crea bolsas de hipoxia que promueven la progresión del cáncer y aumentar aún más la glicolítica dependencia de los cánceres. La terapia con oxígeno hiperbárico (HBO
2T) satura con oxígeno tumores, invirtiendo el promotor del cáncer, los efectos de la hipoxia tumoral. Dado que estas terapias no tóxicas explotan la superposición de deficiencias metabólicas de cáncer, hemos probado sus efectos combinados en la progresión del cáncer en un modelo natural de la enfermedad metastásica.
Métodos
Se utilizó la luciérnaga luciferasa VM-etiquetado -M3 modelo de ratón de cáncer metastásico de comparar la progresión del tumor y la supervivencia en ratones alimentados estándar o KD
ad libitum
con o sin HBO
2T (2,5 ATM absoluta, 90 minutos, 3 veces /semana). El crecimiento tumoral se controló mediante imágenes de
in vivo
bioluminiscente.
Resultados
KD sola redujo significativamente la glucosa en sangre, se desaceleró el crecimiento del tumor, y el aumento del tiempo de supervivencia significa un 56,7% en los ratones con cáncer metastásico sistémica. Mientras HBO
2T solo no influyó en la progresión del cáncer, la combinación de la KD con HBO
2T provocó una disminución significativa en la glucosa en sangre, la tasa de crecimiento del tumor, y el aumento de 77,9% en el tiempo medio de supervivencia en comparación con los controles.
Conclusiones
KD y HBO
2T producir efectos significativos contra el cáncer cuando se combina en un modelo natural del cáncer metastásico sistémica. Nuestra evidencia sugiere que estos tratamientos deben ser más investigados como posibles tratamientos no tóxicos o terapias adyuvantes a la atención estándar para los pacientes con enfermedad metastásica sistémica
Visto:. Capilla AM, Ari C, Seyfried TN, D'Agostino DP (2013) La dieta cetogénica y Terapia de oxígeno hiperbárico prolongar la supervivencia en ratones con cáncer metastásico sistémica. PLoS ONE 8 (6): e65522. doi: 10.1371 /journal.pone.0065522
Editor: Chih-Hsin Tang, de la Universidad Médica de China, Taiwán
Recibido: December 20, 2012; Aceptado: 2 de mayo de 2013; Publicado: 5 Junio 2013
Derechos de Autor © 2013 Poff et al. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Attribution License, que permite el uso ilimitado, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que el autor original y la fuente se acreditan
Financiación:. Este trabajo recibió el apoyo de la Oficina de Investigación Naval, ONR conceder N000140610105 y ONR-DURIP N000140210643 equipo cedido (http://www.onr.navy.mil/). Los donantes no tenía papel en el diseño del estudio, la recogida y análisis de datos, decisión a publicar, o la preparación del manuscrito
Conflicto de intereses:.. Los autores han declarado que no existen intereses en competencia
Introducción
la metástasis es un fenómeno complejo en el que las células cancerosas se diseminan de un tumor primario para establecer focos en un tejido distal y es responsable del 90 por ciento de las muertes relacionadas con el cáncer [1]. Los cambios específicos que median en la metástasis siguen sin estar claros; Sin embargo, el proceso implica generalmente el crecimiento local del tumor, la invasión a través de la membrana basal y el tejido circundante, intravasación en los vasos linfáticos o sanguíneos, de difusión y de supervivencia en la circulación, la extravasación de la vasculatura, y el restablecimiento de los tumores en los tejidos distales. Mientras que muchos tumores primarios se pueden controlar con las terapias convencionales como la cirugía, la quimioterapia y la radiación, estos tratamientos a menudo son ineficaces contra la enfermedad metastásica y en algunos casos pueden promover la progresión del cáncer y la metástasis [2], [3], [4]. Hay una necesidad sustancial de nuevas terapias eficaces contra el cáncer metastásico.
Quizás el factor limitante más importante en el desarrollo de nuevos tratamientos para el cáncer metastásico es la falta de modelos animales que reflejen con precisión la verdadera naturaleza de la enfermedad metastásica. modelos de xenoinjerto de cáncer humano en ratones inmunodeficientes son inadecuados como el sistema inmune está muy involucrado en el desarrollo y progresión del cáncer. De hecho, la mayoría de los modelos de tumores que crecen como xenoinjertos en ratones inmunodeprimidos fallan a la metástasis [5], [6]. modelos de inyección de vena de la cola de cáncer metastásico eliminan los pasos importantes de la invasión tisular local y intravasación en el sistema vascular, de nuevo en su defecto para representar el verdadero fenotipo de la enfermedad. El modelo VM-M3 de cáncer metastásico es un modelo murino novela que imita la progresión natural de la invasión y la metástasis [7], [8]. El tumor VM-M3 surgió espontáneamente en el cerebro de un ratón de la cepa endogámica VM /Dk y expresa múltiples características de crecimiento de glioblastoma multiforme humano con propiedades microgliales macrófagos /[7], [9]. Cuando se implanta por vía subcutánea, las células VM-M3 metastatizan rápidamente a todos los sistemas de órganos principales, en particular el hígado, el pulmón, el riñón, el bazo, el cerebro y la médula ósea. metástasis sistémica también se ha documentado en varias ocasiones en multiforme de glioblastoma humano (GBM), que se ha relacionado con las características de macrófagos /microglial del tumor [9]. El tumor fue adaptado al cultivo celular y se transfectaron con el gen de la luciferasa de luciérnaga para permitir un fácil control del crecimiento tumoral
in vivo
[10]. El modelo VM-M3 de cáncer metastásico tiene una clara ventaja sobre otros modelos metastáticos, ya que se extiende de forma natural en un huésped inmunocompetente, imitando el microambiente del cáncer natural. Cisplatino y metotrexato, dos agentes de quimioterapia comúnmente utilizados, inhiben la propagación metastásica en el modelo VM-M3 de cáncer metastásico de manera similar a sus efectos en los seres humanos, más el apoyo a la representación del modelo del verdadero estado de la enfermedad [8],. Por estas razones, se utilizó el modelo VM-M3 de cáncer metastásico para este estudio.
anormal metabolismo de la energía es una característica constante de la mayoría de las células tumorales a través de todos los tipos de tejido [14]. En la década de 1930 s, Otto Warburg observó que todos los cánceres expresan altas tasas de fermentación en presencia de oxígeno [15]. Esta característica, conocida como la Warburg efecto, está vinculada a la disfunción mitocondrial y mutaciones genéticas dentro de la célula del cáncer [14], [16], [17]. Estos defectos causan cánceres que dependen en gran medida de la glucosa para obtener energía, una cualidad que subyace en el uso de la FDG-PET como una importante herramienta de diagnóstico para los oncólogos [18]. dietas cetogénicas son altos en grasa, las dietas bajas en carbohidratos que se han utilizado durante décadas para tratar a los pacientes con epilepsia refractaria [19]. dietas cetogénicas también suprimen el apetito, naturalmente, produciendo así una pérdida de peso corporal [19], [20], [21], [22]. la reducción de energía alimentaria (DER) disminuye los niveles de glucosa en la sangre, lo que limita el suministro de energía a las células cancerosas, mientras que la elevación de los niveles circulantes de cetonas en la sangre [6]. Los cuerpos cetónicos pueden servir como una fuente de energía alternativa para aquellas células con función normal mitocondrial [23], [24], pero no para las células del cáncer [25]. DER se ha demostrado que tienen efectos anti-tumorales en una variedad de cánceres, incluyendo el cerebro, próstata, mama, páncreas, pulmón, gástrico, y de colon [14], [26], [27], [28], [29] , [30], [31], [32], [33], [34]. DER produce efectos contra el cáncer a través de varias rutas metabólicas, incluyendo la inhibición de la vía de IGF-1 /PI3K /Akt /HIF-1α que es utilizado por las células de cáncer para promover la proliferación y la angiogénesis e inhibir la apoptosis [35], [36], [ ,,,0],37], [38], [39], [40], [41], [42]. Además, DER induce la apoptosis en células de astrocitoma, mientras que la protección de las células normales del cerebro de la muerte a través de la activación de monofosfato de adenosina quinasa (AMPK) [43].
Los tumores poseen vasculatura anormal que bloquea una adecuada perfusión tisular, que conduce a la presencia de regiones hipóxicas que promueven la quimioterapia y la resistencia a la radiación [44], [45], [46], [47]. De hecho, las células cancerosas hipóxicas son tres veces más resistente a la terapia de radiación que son células bien oxigenadas [48]. Además de la disminución de la eficacia de la atención estándar, la hipoxia tumoral activa una serie de vías de oncogenes, en gran parte a través del factor HIF-1 de transcripción, que promueven el crecimiento del tumor, la metástasis, la angiogénesis, e inhibir la apoptosis [49], [50].
La terapia con oxígeno hiperbárico (HBO
2T) implica la administración de oxígeno al 100% a presión elevada (mayor que el nivel del mar, o 1 ATA). HBO
2T aumenta la saturación de oxígeno de plasma que facilita el aporte de oxígeno al tejido independiente de la hemoglobina S
2 de saturación [51]. El beneficio potencial del uso de HBO
2T para combatir los efectos promotores del cáncer de la hipoxia tumoral es clara. HBO
2T solo se ha demostrado que inhibe el crecimiento del tumor, reducir la densidad de los vasos sanguíneos del tumor, e inducir la expresión preferencial de genes anti-cáncer en modelos de rata de tumores de mama [52]. Además, la radiación y muchos medicamentos de quimioterapia funcionan mediante la producción de radicales libres dentro de los tumores, lo que lleva a la muerte celular. HBO
2T aumenta la producción de células de tumor de especies reactivas de oxígeno que contribuye a los efectos sinérgicos de HBO
2T como un tratamiento adyuvante a la atención estándar. De hecho, HBO
2T mejora la eficacia de la radiación y la quimioterapia en modelos animales [53], [54], [55], [56], [57].
En los tejidos normales, la disminución de oxígeno disponibilidad inhibe la producción mitocondrial de ATP, estimulando una sobre regulación de las enzimas glucolíticas para satisfacer las necesidades de energía de la producción de sustrato nivel de fosforilación del ATP. Por lo tanto, la respuesta celular a la hipoxia tumoral está mediada por varias de las mismas vías que son demasiado activo en las células de cáncer con el daño mitocondrial y altas tasas de glucólisis aeróbica. Esto sugiere que la dieta cetogénica y HBO
2T podrían dirigirse a varias vías superpuestas y comportamientos tumorigénicas de las células cancerosas. La hipótesis de que estos tratamientos podrían trabajar sinérgicamente para inhibir la progresión del tumor. Sugerimos que la adición de estas terapias adyuvantes no tóxicos para el actual estándar de tratamiento puede mejorar la supervivencia libre de progresión en pacientes con enfermedad metastásica avanzada.
Materiales y Métodos
Ratones
Tres parejas reproductoras de la cepa VM /Dk de los ratones fueron utilizados para establecer y propagar una colonia de VM /Dk ratón en la Universidad del Sur de Florida (USF) Morsani Colegio de Medicina Vivarium cría de acuerdo con el protocolo estándar. Cuarenta ratones macho adultos (10-18 semanas de edad) se utilizaron para este estudio. Todos los procedimientos con animales se realizaron dentro de la estricta adhesión a la Guía del NIH para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio y que fueron aprobadas por el Comité Institucional de Cuidado de Animales de USF y Uso (IACUC; Número de protocolo R4137).
Cultivo Celular
se recibieron células VM-M3 /Fluc como un regalo del TN Seyfried, Boston College, donde fueron creados a partir de un tumor espontáneo en una VM /Dk ratón y adaptadas al cultivo celular [7]. células VM-M3 /Fluc fueron transducidas con un vector de lentivirus que contiene el gen de luciferasa de luciérnaga bajo el control del promotor de citomegalovirus (VM-M3 /Fluc) como se describe anteriormente [7]. Las células VM-M3 /Fluc se cultivaron en medio esencial mínimo de Eagle con 2 mM L-glutamina (ATCC, Manassas, VA), suero bovino fetal 10% (Invitrogen, Grand Island, NY), penicilina-estreptomicina 1% (Gibco, Invitrogen) y alto contenido de glucosa (25 mM de D-glucosa, Fisher Scientific, Waltham, MA). Las células fueron cultivadas en un CO
2 incubadora a 37 ° C en el 95% de aire y 5% de CO
2.
Tumor La implantación subcutánea
En el día 0, VM-M3 se implantaron células /Fluc (1 millón de células en 300 l de PBS), sc, en el abdomen de ratones VM /Dk utilizando una aguja de calibre 27. resultados de inoculación en la metástasis sistémica y rápida a la mayoría de los órganos principales, a saber, el hígado, los riñones, el bazo, los pulmones y el cerebro como se ha descrito anteriormente [7].
Dietoterapia
En el día de la inoculación del tumor , los ratones se asignaron aleatoriamente a uno de cuatro grupos: SD (control); SD + HBO
2T; KD; o KD + HBO
2T. Los ratones del grupo SD fueron alimentados con alimento estándar para roedores (2018 Teklad Global 18% de proteínas Dieta de roedores, Harlan)
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Los ratones en el grupo KD recibieron KD-Solace dieta cetogénica
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. KD-Solace es un polvo dieta cetogénica disponible comercialmente (KetoGen, Solace Nutrition) y se mezcló con 01:01 H
2O para formar una pasta sólida. información de macronutrientes para SD y KD-Solace se muestran en la Tabla 1. Las dietas se reemplazan continuamente cada dos días para mantener la frescura y permitir que los ratones que se alimentan
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terapia de oxígeno hiperbárico (HBO
2T)
Los ratones sometidos a HBO
2T recibió 100% de O
2 durante 90 minutos a 1,5 medidor de ATM (ATM 2.5 absoluta) tres veces por semana (M, W, F ) en una cámara hiperbárica (Modelo 1300B, Sechrist Industries, Anaheim, CA).
mediciones
glucosa, cuerpos cetónicos, y Weight
Cada 7 días, se extrajo sangre de la cola utilizando métodos aprobados. La glucosa se midió usando el ™ glucosa Nova Max® Plus y Sistema de Control de β-cetona (Nova Biomedical, Waltham, MA), y β-hidroxibutirato se midió usando el Precision Xtra ™ de glucosa en sangre & amp; Cetona de Vigilancia del Sistema (Abbott Laboratories, Abbott Park, IL).
Los ratones se pesaron entre 1 y 3 pm dos veces a la semana durante la duración del estudio utilizando la Escala de AWS-1kg digital portátil (AWS, Charleston, Carolina del Sur ).
bioluminiscente de imágenes y análisis de crecimiento tumoral
el crecimiento tumoral se controló como una medida de la señalización bioluminiscente utilizando el sistema Xenogen IVIS Lumina (Caliper LS, Hopkinton, MA). adquisición y análisis de datos se realizó utilizando el software de estar Image® (Caliper LS). Aproximadamente 15 minutos antes de la
in vivo
de imágenes, los ratones recibieron una inyección i.p. inyección de D-luciferina (50 mg /kg) (Caliper LS). se obtuvo señal bioluminiscente usando el IVIS Lumina enfrió sistema de cámara CCD con un tiempo de exposición de 1 segundo. Como sólo las células de cáncer contenían el gen de la luciferasa, la señal bioluminiscente (fotones /seg) de todo el animal se midió y seguimiento en el tiempo como un indicador del tamaño del tumor metastásico y propagación.
Análisis de supervivencia
a lo largo del estudio, la salud y el comportamiento de los ratones se evaluaron diariamente. Los ratones fueron sacrificados humanitariamente por CO
2 asfixia según las directrices del IACUC previa presentación de los criterios definidos (ascitis asociada al tumor, la disminución de la respuesta a los estímulos, letargo y retraso en el desarrollo), y se registró el tiempo de supervivencia.
Estadísticas
la supervivencia se analizó mediante las pruebas de Kaplan-Meier y el logaritmo del rango de distribución de supervivencia. La media de supervivencia se analizaron mediante pruebas t de Student de dos colas. señal bioluminiscente como una medida del tamaño del tumor se analizó mediante pruebas t de Student de dos colas. mediciones de sangre se analizaron mediante un ANOVA con la prueba de Kruskal Wallis y la prueba de comparación múltiple de Dunn post hoc. Las diferencias en el porcentaje de cambio de peso se analizaron mediante un ANOVA con la prueba de comparación múltiple de Tukey post hoc. Correlación entre la glucosa en sangre, cambio de peso corporal, y los tiempos de supervivencia fueron analizados por análisis de regresión lineal. Los resultados se consideraron significativos cuando p. & Lt; 0,05
Resultados
La combinación de la KD con HBO
2T prolongó la supervivencia en ratones con cáncer metastásico
KD y KD + HBO
ratones tratados 2T demostraron una curva de supervivencia estadísticamente diferentes según la prueba Logrank con un aumento en el tiempo de supervivencia en comparación con los animales control (p = 0,0194 y p = 0,0035, respectivamente; Figura 1A). Alimentado KD y KD + HBO
2T animales también mostraron un aumento significativo en el tiempo medio de supervivencia en comparación con los animales control mediante la prueba t de Student de dos colas (p = 0,0044 yp = 0,0050, respectivamente; Figura 1B). Aunque estudios previos han informado de que HBO
2T por sí solo puede aumentar el tiempo de supervivencia en animales con diversos tipos de cáncer [52], [54], [58], [59], no hemos visto un efecto sobre la supervivencia en ratones que recibieron SD + HBO
2T. Control de los ratones (SD) tuvieron una supervivencia media de 31,2 días, mientras que los ratones SD + HBO
2T tenía una supervivencia media no estadísticamente diferente de 38,8 días (Figura 1B). La KD solo aumentó el tiempo de supervivencia en aproximadamente 17 días (56,7%) significa, y cuando se combina con HBO
2T, los ratones mostraron un aumento en el tiempo de supervivencia media de aproximadamente 24 días (77,9%) (Figura 1B). Este hallazgo apoya fuertemente la eficacia de la KD y HBO
2T como terapias para inhibir la progresión tumoral y prolongar la supervivencia en los animales con cáncer metastásico.
(A) de Kaplan-Meier parcela supervivencia de los grupos de estudio. Los animales que recibieron KD y KD + HBO
2T mostraron una supervivencia significativamente mayor en comparación con los animales control (p = 0,0194 yp = 0,0035, respectivamente; Kaplan-Meier y pruebas de rango logarítmico para la distribución de supervivencia). (B) Grupo de tratamiento tamaño de la cohorte y la media de los tiempos de supervivencia se muestran. KD ratones mostró un incremento de 56,7% en el tiempo medio de supervivencia en comparación con los controles (p = 0,0044; prueba t de Student de dos colas); KD + HBO
2T ratones mostraron un aumento del 77,9% en el tiempo medio de supervivencia en comparación con los controles (p = 0,0050; t de Student de dos colas). Los resultados se consideraron significativos cuando p. & Lt; 0,05
El KD y HBO
2T Disminución del tumor bioluminiscencia
señal bioluminiscente fue rastreado como una medida del tamaño del tumor durante todo el estudio. Los animales que recibieron la KD solo o en combinación con HBO
2T demostraron una tendencia notable del crecimiento tumoral más lento en el tiempo. Esta tendencia fue más pronunciada en KD + HBO
2T ratones y refleja el incremento en el tiempo de supervivencia visto en estos animales (figuras 1, 2). La diferencia en el tamaño medio del tumor entre KD + HBO
2T y animales de control en la semana 3 fue estadísticamente significativa (p = 0,0062; Figura 2B). Día 21 e
x vivo
órgano de bioluminiscencia KD + HBO ratones
2T mostró una tendencia de los tumores metastásicos reducidas en los animales en comparación con el grupo SD (Figura 2). Spleen bioluminiscencia se redujo significativamente en KD + HBO
2T ratones (p = 0,0266).
El crecimiento del tumor fue más lenta en los ratones alimentados con la DC que en los ratones alimentados con la SD. (A) animales representativos de cada grupo de tratamiento que demuestra bioluminiscencia tumor en el día 21 después de la inoculación de células tumorales. Los animales tratados mostraron una menor bioluminiscencia que los controles realizados con ratones KD + HBO2T que muestran una profunda disminución de la bioluminiscencia del tumor en comparación con todos los grupos. (B) bioluminiscencia corporal total se midió semanalmente como una medida del tamaño del tumor; barras de error representan ± SEM. ratones KD + HBO2T mostraron significativamente menos bioluminiscencia tumor que los animales control en la semana 3 (p = 0,0062; de dos colas estudiante ,S t-test) y una tendencia general del crecimiento tumoral mucho más lento que los controles y otros animales tratados durante todo el estudio. (C, D) Día 21 ex vivo de órganos de animales bioluminiscencia SD y KD + HBO2T (N = 8) demostró una tendencia de la reducción de la carga tumoral metastásica en los animales que recibieron la terapia combinada. bioluminiscencia bazo se redujo significativamente en los ratones KD + HBO2T (* p = 0,0266; de dos colas estudiante ,S t-test). Los resultados se consideraron significativos cuando p. & Lt; 0,05
El KD arterial reducida de la glucosa, cetonas elevada sangre, y la disminución del peso corporal
Antes del estudio, la glucosa en sangre inicial, cetona, y los pesos corporales eran similares entre los grupos (datos no presentados). Los niveles de glucemia eran más bajos en los ratones tratados con KD que en los ratones tratados SD-por día 7 (p & lt; 0,001; Figura 3). Mientras que todos los ratones KD-Fed demostró una tendencia de los niveles de cetona en sangre elevados durante toda la duración del estudio, sólo el KD + HBO
2T animales mostraron un aumento significativo de cetonas en comparación con los controles en el día 7 (p & lt; 0,001; Figura 3). Por día 7, los ratones alimentados KD-perdió aproximadamente 10% de su peso corporal inicial y mantiene ese peso durante la duración del estudio (Figura 4). Día 7 de glucosa en la sangre y el porcentaje de cambio del peso corporal se correlacionó significativamente con el tiempo de supervivencia (p = 0,0189 yp = 0,0001, respectivamente; Figura 5).
(A) los ratones alimentados KD-mostró menor de glucosa en sangre que los controles en día 7 (*** p & lt; 0,001). Los animales en el grupo de estudio KD tenían niveles de glucosa en sangre significativamente más bajos que los controles en el día 14 (* p & lt; 0,05). los ratones (B) + KD HBO2T tenía significativamente más altos de cetonas en sangre que los controles en el día 7 (*** p & lt; 0,001). Las barras de error representan ± SEM. análisis de sangre se realizó con un ANOVA de un factor con Wallis Kruksal y la prueba de comparación múltiple de Dunn ,S post hoc; Los resultados se consideraron significativos cuando p. & lt; 0,05
El peso corporal se midió dos veces por semana. Gráfico indica por ciento promedio de animales iniciales de peso corporal en los días 7 y 14. ratones kd y KD + HBO2T perdió aproximadamente 10% de su peso corporal por día 7 y exhibió una diferencia significativa en el porcentaje de cambio de peso corporal en comparación con los animales control (* p & lt; 0,05; *** p & lt; 0,001). Las barras de error representan ± SEM.
Análisis de regresión lineal reveló una correlación significativa entre el día 7 de glucosa en sangre y el porcentaje de cambio de peso corporal con la supervivencia (p = 0,0189 yp = 0,0001, respectivamente). Los resultados se consideraron significativos cuando p. & Lt; 0,05
Discusión
Casi un siglo después de la Otto Warburg informó el metabolismo anormal de la energía de las células cancerosas, un renovado interés en el campo se ha dilucidado una plétora de nuevas dianas terapéuticas. Dos tratamientos prometedores implican el uso de HBO
2T para revertir los efectos promotores del cáncer de la hipoxia tumoral y el uso de la KD para limitar la disponibilidad de sustratos glicolíticas células de cáncer a la glucosa-adictos. Ambas terapias se ha informado anteriormente que poseen efectos contra el cáncer [14], [54], [58], [60]. Dado que se cree que estos tratamientos a trabajar por la orientación de varios mecanismos superpuestos, la hipótesis de que la combinación de estos tratamientos no tóxicos proporcionaría un poderoso efecto anti-cáncer, sinérgico. Además, puesto que la metástasis es responsable de la gran mayoría de las muertes relacionadas con el cáncer, hemos probado la eficacia de estas terapias unidos en el modelo de ratón VM-M3 de cáncer metastásico [7], [10].
Hemos encontrado que el alimentado KD
ad libitum
aumentó significativamente el tiempo de supervivencia en ratones con cáncer metastásico significa (p = 0,0194; Figura 1). Es importante tener en cuenta que los animales alimentados-KD perdieron aproximadamente 10% de su peso corporal durante el curso del estudio (Figura 4). Está bien establecido que la baja en carbohidratos, grasas dietas cetogénicas altos pueden causar pérdida de peso corporal en humanos con sobrepeso [21], [22], [61]. dietas cetogénicas también se sabe que tienen un efecto supresor del apetito que puede contribuir a la pérdida de peso corporal [20]. Junto con la supresión del apetito, un posible factor que contribuye a la pérdida de peso corporal observada es la posibilidad de que los ratones encontraron que la KD a ser menos apetecible y eran ingesta calórica autolimitante. A medida que la restricción calórica se sabe que producen profundos efectos contra el cáncer, la dieta cetogénica puede inhibir la progresión del cáncer, en parte, por la restricción de energía alimentaria indirecta [6], [38]. Fine y sus colegas utilizaron recientemente una KD muy baja en carbohidratos para promover enfermedad estable o remisión parcial en pacientes con cáncer metastásico avanzado [62]. El estudio de Fine demostrado una correlación entre las cetonas en sangre y la respuesta a la terapia de la dieta, lo que sugiere que la propia elevación cetona también contribuye a la eficacia anti-cáncer de la KD.
Como hipótesis, se observaron efectos anti-cáncer profundas en nuestra modelo de ratón metastásica después de combinar la KD con HBO
2T. La combinación de estas terapias casi se duplicó el tiempo de supervivencia en ratones con cáncer metastásico, aumentando el tiempo de supervivencia significa por 24 días en comparación con los animales de control (p = 0,0050; Figura 1). La KD + HBO
ratones 2T-tratadas mostraron significativamente disminución de la bioluminiscencia en comparación con los controles en las semanas 3 (p = 0,0062) y una tendencia de disminución de la tasa de crecimiento del tumor durante todo el estudio (Figura 2). Por día 7, todos los animales en una dieta cetogénica tenían niveles de glucosa en sangre significativamente más bajos que los controles (Figura 3). Como se ha demostrado que el crecimiento tumoral se correlaciona directamente con los niveles de glucosa en sangre [63], esta disminución en la concentración de glucosa en la sangre probablemente contribuyó a la tendencia de disminución de la bioluminiscencia tumor y la tasa de crecimiento del tumor se observa en animales alimentados-KD (Figura 2). Nebeling et al. demostró que la KD disminuyó significativamente la captación de glucosa en pacientes con tumores cerebrales pediátricos mediante análisis de la FDG-PET [64]. Estos datos clínicos sugieren disminuyó la entrega de glucosa al tumor es un mecanismo causal en el tratamiento KD. Todos los ratones alimentados KD mostraron una tendencia de cetonas en sangre elevados durante todo el estudio; sin embargo, sólo KD + HBO
2T ratones tenían cetonas significativamente más altos que los controles en el día 7 (Figura 3). Como cetonas se metabolizan exclusivamente dentro de las mitocondrias, las células cancerosas con las mitocondrias dañadas son incapaces de utilizar adecuadamente para obtener energía. Muchos cánceres no expresan la succinil-CoA: CoA-transferasa (SCOT) enzima 3-cetoácido que se requiere para el metabolismo del cuerpo cetona [65], [66]. De hecho, la administración βHB evita que las neuronas del hipocampo sanos pero no las células de glioma de la muerte celular retirada inducida por la glucosa [24]. Por otra parte, los cuerpos cetónicos tienen efectos anticancerígenos mismos, posiblemente a través de la inhibición de las enzimas glucolíticas [67]. Skinner y sus colegas demostraron que acetoacetato y administración βHB inhibe la viabilidad celular del cáncer de cerebro
in vitro
[25]. Por lo tanto, los niveles de cetona elevada en el KD + HBO ratones
2T probable que mejoran la eficacia de esta terapia combinada.
Un informe reciente de Listanti, et. al propusieron que los fibroblastos asociados al tumor producen cuerpos cetónicos de las células cancerosas para su uso como combustible [68]. Los autores han publicado previamente varios papeles con resultados similares [69], [70], [71]. En estos estudios, los autores crearon fibroblastos que fueron alterados para sobreexpresar enzimas limitantes de la velocidad en la producción de cuerpos cetónicos inmortalizados, y co-cultivaron estas células con células de cáncer de mama humano alterados para sobreexpresar enzimas implicados en la utilización de cuerpos cetónicos. Si bien este fenómeno puede ocurrir en el sistema de cultivo modificado genéticamente utilizada por los autores, no hay evidencia de que esto se produce naturalmente en las células de cáncer
vitro
en o en los tumores
in vivo.
Por el contrario , la literatura como un todo sugiere fuertemente que las células cancerosas no pueden utilizar eficazmente cetonas como combustible. Como se ha descrito, la mayoría de los cánceres no expresan la enzima SCOT que es necesaria para el cuerpo cetona utilización [65], [66]. Varios estudios han reportado una deficiencia de las células cancerosas para metabolizar cuerpos cetónicos
in vitro
[24], [25]. Además, se acepta ampliamente que los cuerpos cetónicos se producen casi exclusivamente a partir de ácidos grasos β-oxidación en el hígado. No hay ruta metabólica conocida por el que los fibroblastos pueden producir cuerpos cetónicos de la glucosa. Sin evidencia convincente adicional para apoyar estas afirmaciones, seguimos siendo partidarios de la idea de que las células cancerosas no pueden utilizar los cuerpos cetónicos como sustratos energéticos eficientes.
preocupación potencial puede surgir con respecto al uso de una terapia de dieta para los pacientes de cáncer susceptibles a la caquexia . Mientras baja en carbohidratos o dietas cetogénicas promover la pérdida de peso en personas con sobrepeso, también se les conoce de sobra el desgaste muscular durante las condiciones de restricción de energía y el hambre [72], [73], [74], [75]. En un modelo animal de la caquexia por cáncer, la administración de una baja en carbohidratos, dieta alta en grasas previno la pérdida de peso de los animales, mientras que simultáneamente disminuye el tamaño del tumor [76]. Efectos similares se describen en los pacientes de cáncer humano [64], [77]. Los efectos anti-caquexia del KD no son sorprendentes cuando se considera un interruptor metabólico con el metabolismo de la grasa y la posterior cetosis evolucionaron como método de ahorro de proteínas durante el ayuno prolongado o la hambruna [72], [78], [79]. Tiene sentido que la cetosis terapéutica inducida por la dieta de un paciente con cáncer evitaría atrofia muscular de manera similar como lo hace con los atletas sometidos a ejercicio intenso [80]. Por otra parte, cuando se administra como tratamiento adyuvante para pacientes con cáncer avanzado, el KD mejora la calidad de vida y aumenta la eficacia del tratamiento de quimioterapia en la clínica [81], [82]. Esta y otras pruebas emergentes pone en duda el consejo médico común de limitar el consumo de grasas en pacientes con cáncer con sobrepeso [83].
Veech y sus colegas describe los mecanismos por los cuales el metabolismo cetona protege a las células del daño oxidativo [74], [ ,,,0],78], mientras que la evidencia más reciente sugiere que la función cetonas como inhibidores de HDAC [84]. βHB metabolismo da como resultado un incremento de la reducción de la pareja NAD y aumento de la oxidación de la coenzima Q en el interior de las mitocondrias. El aumento de la oxidación de Q disminuye los niveles semiquinona, posteriormente disminuir la producción de anión superóxido [74]. El aumento de la reducción de la pareja NADP mejora la regeneración de glutatión reducido, un importante antioxidante endógeno [74]. Por lo tanto, el metabolismo de cuerpos cetónicos protege a las células del daño oxidativo disminuyendo la producción de ROS y mediante la mejora de las capacidades antioxidantes endógenos. Como se discutió previamente, las células cancerosas son incapaces de metabolizar eficazmente cuerpos cetónicos; Por lo tanto, no esperamos que las cetonas se conferirán los mismos efectos protectores sobre las células cancerosas. HBO
2T aumenta la producción de ROS dentro de la célula que puede dar lugar a la peroxidación de lípidos de membrana y la muerte celular [85]. Las células cancerosas con el daño mitocondrial y la perfusión caótica producen de forma natural los niveles crónicamente elevados de ROS, pero son susceptibles a la muerte celular daño oxidativo inducido, incluso con modestos aumentos en ROS [58], [86]. Se propone un posible mecanismo de KD + HBO
eficacia 2T: la KD debilita las células del cáncer mediante restricción de la glucosa y los inherentes efectos contra el cáncer de cuerpos cetónicos mientras que confieren a la vez una ventaja de protección al tejido sano capaz de metabolismo cetona. Esta segmentación metabólica sensibiliza las células cancerosas a HBO
2T inducida por la producción de ROS y el daño oxidativo, lo que contribuye a la eficacia de la combinación KD con HBO
2T. Además, el metabolismo cetona por los tejidos sanos probable confiere protección contra las posibles consecuencias negativas de HBO
2T (CNS toxicidad del oxígeno) [87], [88], [89]. Recientes
in vivo
estudios apoyan los efectos neuroprotectores de los ésteres de cetona [90], [91]. Estos mecanismos hipotéticos pueden contribuir a la seguridad y la eficacia de la KD + HBO
2T terapia combinada.
Stuhr y Moen ha publicado recientemente una revisión exhaustiva de la literatura sobre el uso de HBO
2T para el cáncer [59]. Los autores concluyeron que HBO
2T se debe considerar un tratamiento seguro para pacientes con diversos tumores malignos y que no hay pruebas convincentes de su uso promueve la progresión del cáncer o la repetición. En la literatura, hay un número considerable de estudios que indican que HBO
2T puede inducir marcados efectos anticancerígenos
in vitro Opiniones y en estudios con animales y humanos por igual [58], [59], [92 ]. La evidencia se mezcla, sin embargo, ya que otros estudios no informaron efectos con HBO
2T [58], [59].