A ketogén diéta hatékony adjuváns a sugárterápiára a rosszindulatú gliooma kezelésében

Mohammed G. Abdelwahab

1 Neuro-onkológiai kutatás, Barrow Neurológiai Intézet, St. Joseph Kórház és Orvosi Központ, Phoenix, Arizona, Amerikai Egyesült Államok,

Kathryn E. Fenton

1 Neuro-onkológiai kutatás, Barrow Neurológiai Intézet, St. Joseph Kórház és Orvosi Központ, Phoenix, Arizona, Amerikai Egyesült Államok,

Mark C. Preul

2 Idegsebészeti kutatás, Barrow Neurológiai Intézet, St. Joseph Kórház és Orvosi Központ, Phoenix, Arizona, Amerikai Egyesült Államok,

Jong M. Rho

3 Gyermekgyógyászati epilepszia-kutatás, Barrow Neurológiai Intézet, St. Joseph Kórház és Orvosi Központ, Phoenix, Arizona, Amerikai Egyesült Államok,

Andrew Lynch

4 Nutricia Advanced Medical Nutrition, Danone Research, Speciális Táplálkozási Központ, Liverpool, Egyesült Királyság,

Phillip Stafford

5 AZ Biodesign, Az Orvostudományi Innovációs Központ, Arizona Állami Egyetem Élettudományi Kar, Tempe, Arizona, Amerikai Egyesült Államok,

Adrienne C. Scheck

1 Neuro-onkológiai kutatás, Barrow Neurológiai Intézet, St. Joseph Kórház és Orvosi Központ, Phoenix, Arizona, Amerikai Egyesült Államok,

2 Idegsebészeti kutatás, Barrow Neurológiai Intézet, St. Joseph Kórház és Orvosi Központ, Phoenix, Arizona, Amerikai Egyesült Államok,

A kísérletek megtervezése és megtervezése: MCP JMR AL ACS. Végezte a kísérleteket: MGA KEF. Elemezte az adatokat: MGA KEF PS ACS. Hozzájáruló reagensek/anyagok/elemző eszközök: AL PS ACS. Írta az írást: MGA KEF MCP JMR AL PS ACS.

Absztrakt

Bevezetés

A ketogén étrend (KD) magas zsírtartalmú, alacsony szénhidráttartalmú étrend, amely megváltoztatja az anyagcserét azáltal, hogy növeli a vérben lévő ketontestek szintjét. A KetoCal® (KC) egy táplálkozási szempontból teljes, kereskedelemben kapható 4∶1 (zsír∶ szénhidrát + fehérje) ketogén formula, amely hatékony, nem gyógyszeres kezelés a refrakter gyermek epilepszia kezelésére. A diéta által kiváltott ketózis olyan változásokat okoz az agy homeosztázisában, amely más neurológiai betegségek, például rosszindulatú gliomák kezelésére is képes.

Mód

A malignus glioma intrakraniális biolumineszcens egérmodelljét használtuk. Az implantációt követően az állatokat standard étrenden (SD) vagy KC-n tartottuk. Az egerek 2 × 4 Gy teljes agyi sugárzást kaptak, és a tumor növekedését in vivo képalkotás követte.

Eredmények

(A) Sugárzás és a KetoCal® plusz sugárzási állat három naponta. A színösszeállítás a jel intenzitását, a piros pedig a legnagyobb intenzitású fotonszámot jelenti. (B) (C) Biolumineszcens jel, amelyet in vivo fotonszámként ábrázoltunk az implantációt követő napokhoz viszonyítva.

Csak SD-ből, egyedül KC-ből, SD + sugárzásból és KC + sugárzásból származó túlélési adatokat vizsgáltunk kölcsönhatásra a Cox arányos veszélyek alkalmazásával. A sugárzás és a KC p értéke 1,03 × 10 −11 az SD-vel szemben. Ennek az a következménye, hogy a sugárzásnak csak a KC-vel és az SD-vel szemben mélyen fokozó (átlagosan túlélési) hatása van. Az SD-vel történő sugárzás fokozó hatása is van (p = 8,38 × 10 −2), de a hatás sok nagyságrenddel kisebb. Ezért azt javasoljuk, hogy a KC diéta és az adjuváns sugárterápia révén több mint additív és rendkívül pozitív túlélési hatás legyen látható.

A KetoCal® táplált állatok megemelt βHB-szintet mutatnak

A súlymérést 3 naponta végeztük. A grafikon az állatok tömegét normalizálva mutatja az egyes csoportok átlagos kiindulási tömegét a nulladik napon. (B) A nyíl hosszú távú túlélőt jelöl 60 nappal a tumor beültetése után az SD plusz sugárzás csoportba.

Vita

Nemrégiben megújult az érdeklődés a megváltozott sejtszintű anyagcsere szerepe iránt a rákban, és felvetették, hogy a sejtszintű anyagcsere hatékony terápiás célpont lehet. Ennek érdekében megvizsgáltuk a megnövekedett vér-ketonok hasznát a sugárzás hatékonyságában a glioma kezelésében. A KetoCal® (KC) egy kereskedelemben kapható ketogén étrend, amelyet gyermekkori epilepszia kezelésére használnak. Eredményeink azt mutatják, hogy a KC ad libitum alkalmazásával fokozza a túlélést és lassítja a daganat növekedését az agydaganatok egérmodellünkben. A KC erősíti a sugárzás hatását azáltal, hogy túléli a túlélést a csak a sugárzásnál tapasztaltnál. A KC-n tartott besugárzott állatok a tumor alapú biolumineszcencia teljes elvesztését mutatták, ami a tumor regressziójára és az életképes tumorsejtek hiányára utal. A daganatok ebben az állatcsoportban nem ismétlődtek meg, amikor az állatokat visszatették a szokásos rágcsáló chow-ra.

Vizsgálatunk a vércukorszint szignifikáns csökkenését mutatja be SD és KC között ad libitum táplálva. A 6. és a 13. napon a vércukorszint alacsonyabb volt a KC csoportban az SD csoporthoz képest. A vércukorszint szintén alacsonyabb volt a Rad és a KC + Rad között a 6. napon, de a 13. napon nem. Eredményeink nem mutattak összefüggést a keringő glükózszint és a túlélés között, ami arra utal, hogy a látott daganatellenes hatások valószínűleg a nem csak a csökkent glükózszint. Ezenkívül nem tapasztaltunk testtömeg-változást a KC-vel ad libitum táplált állatok és az SD ad libitum-mal táplált állatok között (3A. Ábra). Súlycsökkenést tapasztaltak azoknál az állatoknál, amelyeket KC-vel kezeltek sugárzással kombinálva a 6. nap körül; az állatok azonban ezt a súlyt a 15. napra visszanyerték (3B. ábra). Nem volt közvetlen összefüggés a fogyás és a keton- vagy vércukorszint, illetve a vércukorszint és a túlélés között. A KC és a KC plusz sugárzási kohorsz a leghosszabb túlélést mutatta a vércukorszint vagy a súlycsökkenés statisztikai különbsége nélkül. Ez egybevág korábbi munkánk eredményeivel [13], és tovább segíti azt az elképzelést, hogy a túlélés független lehet a vércukorszinttől.

Kezelés és állatfigyelés

A műtét után az állatokat standard rágcsáló-chow-vel etették 3 napig. Az állatokat ezután randomizálták, hogy a szokásos rágcsáló-chow-n (SD) ad libitum maradjanak, vagy KetoCal®-ra (KC) ad libitum-ra cserélték őket. A KetoCal® közvetlenül a gyártótól származik, és táplálkozási szempontból teljes étrend, amely a zsírok és a szénhidrátok plusz fehérje (72% zsír, 15% fehérje és 3% szénhidrát) arányát 4∶1 arányban biztosítja; a teljes táplálkozási információkat lásd: http: // www .shsna.com/pages/ketocal41.htm). Pépet készítettünk úgy, hogy a KetoCal® port vízzel (2-1) összekevertük. Az egyes ketrecekben lévő állatok minden nap egy köbcenti pasztát kaptak, amely elegendő volt az ad libitum etetéshez.

A beültetést követő 3. és 5. napon sugárzásban részesülő állatoknak xylazint (10 mg/kg) és ketamint (80 mg/kg) intraperitoneálisan injektáltak, árnyékolva és elhelyezve az RS 2000 röntgenbiológiai sugárzóban (Rad Source Technologies, Suwanee, GA) oly módon, hogy csak a fejük 4 Gy sugárzást kapott percenként 2 Gy sebességgel. Az állatok két frakció sugárzást kaptak (egyenként 4 Gy), hogy közelebbről megközelítsék a betegek frakcionált kezelési menetét [37].

A biolumineszcenciát minden harmadik napon elemeztük a tumor terhelésének számszerűsítése céljából [13]. Az állatoknak 150 µg luciferin/testtömeg-kg szubkután injekciót kaptak 15 perccel az in vivo képalkotás előtt, IVIS® Spectrum in vivo képalkotó rendszerrel (Caliper Life Sciences, Hopkinton, MA). A daganatsejtek az implantáció után 3 nappal voltak detektálhatók (az első képalkotás napján), és a kvantitációt a rendszer Living Image® 3.1 szoftverével végeztük.

A szérum β-hidroxi-butirát szintjét Keto-hely reflektancia mérővel (GDS Diagnostics, Elkhart, IN) mértük, a vércukorszintet pedig HemoCue Glucose 201 rendszer (HemoCue USA, Lake Forest, Kalifornia) alkalmazásával farkkapcsokból nyert véren. leírt [13]. Az állatokat 3 naponta lemértük annak biztosítására, hogy az összes állat súlya egyenértékű legyen. Az állatokat a közelgő halál látható tüneteinek, például a görnyedt testtartás, a csökkent mozgékonyság és a fogyás megjelenésekor eutanizálták [13], [38].

Statisztikai analízis

A túlélési adatokat Kaplan-Meier diagramokkal és log-rank statisztikákkal elemeztük (GraphPad Prism® v. 5.04, GraphPad Software, San Diego, Kalifornia). Csak SD-ből, egyedül KC-ből, SD + sugárzásból és KC + sugárzásból származó túlélési adatokat vizsgáltunk kölcsönhatásra a Cox arányos veszélyek alkalmazásával. A modell az SD-t és a KC-t a sugárzás és a sugárzás + KC összefüggésében vizsgálta. A módszer jobb cenzúrázást, robusztus varianciabecsléseket és Breslow-módszert alkalmazott a 0,0001 konvergencia toleranciával rendelkező kapcsolatokhoz, lehetővé téve a kolinearitást.

Lábjegyzetek

Versenyző érdekek: Ezt a munkát a Nutricia Advanced Medical Nutrition támogatásával támogatta a Nutricia North America, a KetoCal®-ot az Egyesült Államokban forgalmazó vállalat. Dr. Andrew Lynch az Egyesült Királyságban a Nutricia Advanced Medical Nutrition alkalmazásában áll. Dr. Lynch hozzájárult a tanulmány tervezéséhez. Ez nem változtatja meg a szerzők betartását az adatok és anyagok megosztására vonatkozó PLoS ONE összes politikájához.