Оценка гибели опухолевых клеток после термоабляции у пациентов с опухолевым поражением костей

Введение. Опухолевые поражения костей – гетерогенная патология, которой свойственно агрессивное

течение, частые рецидивы и низкие показатели выживаемости. Разработка и внедрение эффективных и новаторских методов лечения остаётся актуальной задачей. Радикальная интраоперационная термоабляция (РИТ), основанная на высокотемпературном воздействии, представляет собой новый оригинальный метод лечения. Настоящее исследование направлено на изучение влияния термоабляции (ТА) на клеточную гибель.

Цель исследования – оценить влияние ТА (с использованием метода РИТ) на жизнеспособность опухолевых клеток.

Материал и методы. В исследование было включено 8 пациентов с опухолевым поражением костей скелета. Опухоли подвергались ТА при температуре 60 °C в течение 30 мин ex vivo. Исследовались образцы опухолевой ткани до и после сеанса термоабляции. Для оценки апоптоза использовались два метода: проточная цитометрия и метод TUNEL.

Результаты. Радикальная интраоперационная термоабляция, разработанная нами, является многообещающим методом лечения опухолевого поражения костей. Температурный режим 60 °C в течение 30 мин эффективно инициирует процессы гибели клеток в опухолевой ткани, что подтверждается значительным увеличением числа апоптотических клеток сразу после сеанса термоабляции и достоверным ростом количества клеток с признаками позднего апоптоза через час после ТА. Применение метода TUNEL подтверждают результаты проточной цитометрии, демонстрируя существенное увеличение числа клеток на поздних стадиях апоптоза. Полученные нами данные свидетельствуют о выраженном противоопухолевом эффекте сразу после проведения РИТ.

Заключение. Результаты исследования подтверждают, что РИТ представляет собой перспективный органосохраняющий метод лечения опухолевого поражения костей, требующий дальнейшего изучения для расширения его применения в клинической практике.

1. Clézardin P., Coleman R., Puppo M., Ottewell P., Bonnelye E., Paycha F., Confavreux C.B., Holen I. Bone metastasis: mechanisms, therapies, and biomarkers. Physiol Rev. 2021; 101(3): 797–855. doi: 10.1152/physrev.00012.2019.

2. Panez-Toro I., Muñoz-García J., Vargas-Franco J.W., RenodonCornière A., Heymann M.F., Lézot F., Heymann D. Advances in Osteosarcoma. Curr Osteoporos Rep. 2023; 21(4): 330–43. doi: 10.1007/s11914-023-00803-9.

3. Sorteberg A.L., Ek L., Lilienthal I., Herold N. Immunotherapy of Osteosarcoma. In: Handbook of Cancer and Immunology. Eds. N. Rezaei. Springer, Cham. 2023. doi: 10.1007/978-3-030-80962-1_236-1

4. van Praag Veroniek V.M., Rueten-Budde A.J., Ho V., Dijkstra P.D.S.; Study group Bone and Soft tissue tumours (WeBot); Fiocco M., van de Sande M.A.J. Incidence, outcomes and prognostic factors during 25 years of treatment of chondrosarcomas. Surg Oncol. 2018; 27(3): 402–8. doi: 10.1016/j.suronc.2018.05.009.

5. Miwa S., Yamamoto N., Hayashi K., Takeuchi A., Igarashi K., Tsuchiya H. Therapeutic Targets and Emerging Treatments in Advanced Chondrosarcoma. Int J Mol Sci. 2022; 23(3): 1096. doi: 10.3390/ijms23031096.

6. Brown H.K., Schiavone K., Gouin F., Heymann M.F., Heymann D. Biology of Bone Sarcomas and New Therapeutic Developments. Calcif Tissue Int. 2018; 102(2): 174–95. doi: 10.1007/s00223-017-0372-2.

7. Zöllner S.K., Amatruda J.F., Bauer S., Collaud S., de Álava E., DuBois S.G., Hardes J., Hartmann W., Kovar H., Metzler M., Shulman D.S., Streitbürger A., Timmermann B., Toretsky J.A., Uhlenbruch Y., Vieth V., Grünewald T.G.P., Dirksen U. Ewing Sarcoma–Diagnosis, Treatment, Clinical Challenges and Future Perspectives. J Clin Med. 2021; 10(8): 1685. doi: 10.3390/jcm10081685.

8. Noeuveglise M., Tessier W., Barthoulot M., Decanter G., Cayeux A., Marin H., Lemoine-Gobert P., Aymes E., Taieb S., Fayard C., Beaujot J., Robin Y.M., Lartigau E.F., Penel N., Cordoba A. Preoperative versus postoperative radiotherapy for localized soft tissue sarcoma treated with curative intent in a French tertiary center “SARCLOC”. BMC Cancer. 2024; 24(1): 1550. doi: 10.1186/s12885-024-13243-0.

9. Serban B., Popa M.I.G., Cursaru A., Cretu B., Iacobescu G.L., Cirstoiu C., Iordache S. Enhancing Diagnosis and Prognosis by Assessing the Clinical, Morphological, and Behavior Aspects in Soft Tissue Sarcomas. Cureus. 2024; 16(7). doi: 10.7759/cureus.64025.

10. Bartelstein M.K., Boland P.J. Fifty years of bone tumors. J Surg Oncol. 2022; 126(5): 906–12. doi: 10.1002/jso.27027.

11. Jeys L., Morris G., Evans S., Stevenson J., Parry M., Gregory J. Surgical Innovation in Sarcoma Surgery. Clin Oncol (R Coll Radiol). 2017; 29(8): 489–99. doi: 10.1016/j.clon.2017.04.003.

12. Ajithkumar T.V., Hatcher H. Multidisciplinary Management of Sarcomas Where Are We Now? Clin Oncol (R Coll Radiol). 2017; 29(8): 467–70. doi: 10.1016/j.clon.2017.05.004.

13. Thway K., Noujaim J., Jones R.L., Fisher C. Advances in the Pathology and Molecular Biology of Sarcomas and the Impact on Treatment. Clin Oncol (R Coll Radiol). 2017; 29(8): 471–80. doi: 10.1016/j.clon.2017.02.010.

14. Yi G.Y., Kim M.J., Kim H.I., Park J., Baek S.H. Hyperthermia Treatment as a Promising Anti-Cancer Strategy: Therapeutic Targets, Perspective Mechanisms and Synergistic Combinations in Experimental Approaches. Antioxidants (Basel). 2022; 11(4): 625. doi: 10.3390/antiox11040625.

15. Righini M.F., Durham A., Tsoutsou P.G. Hyperthermia and radiotherapy: physiological basis for a synergistic effect. Front Oncol. 2024; 14: 1428065. doi: 10.3389/fonc.2024.1428065.

16. Logghe T., van Zwol E., Immordino B., van den Cruys K., Peeters M., Giovannetti E., Bogers J. Hyperthermia in Combination with Emerging Targeted and Immunotherapies as a New Approach in Cancer Treatment. Cancers (Basel). 2024; 16(3): 505. doi: 10.3390/cancers16030505.

17. Wu J., Zhou Z., Huang Y., Deng X., Zheng S., He S., Huang G., Hu B., Shi M., Liao W., Huang N. Radiofrequency ablation: mechanisms and clinical applications. MedComm (2020). 2024; 5(10): e746. doi: 10.1002/mco2.746.

18. Zhu W., Pan S., Zhang J., Xu J., Zhang R., Zhang Y., Fu Z., Wang Y., Hu C., Xu Z. The role of hyperthermia in the treatment of tumor. Crit Rev Oncol Hematol. 2024; 204: 104541. doi: 10.1016/j.critrevonc.2024.104541.

19. Kok H.P., Cressman E.N.K., Ceelen W., Brace C.L., Ivkov R., Grüll H., Ter Haar G., Wust P., Crezee J. Heating technology for malignant tumors: a review. Int J Hyperthermia. 2020; 37(1): 711–41. doi: 10.1080/02656736.2020.1779357.

20. Bazzocchi A., Aparisi Gómez M.P., Taninokuchi Tomassoni M., Napoli A., Filippiadis D., Guglielmi G. Musculoskeletal oncology and thermal ablation: the current and emerging role of interventional radiology. Skeletal Radiol. 2023; 52(3): 447–59. doi: 10.1007/s00256-022-04213-3.

21. Yeo S.Y., Bratke G., Grüll H. High Intensity Focused Ultrasound for Treatment of Bone Malignancies-20 Years of History. Cancers (Basel). 2022; 15(1): 108. doi: 10.3390/cancers15010108.

22. Parvinian A., Thompson S.M., Schmitz J.J., Welch B.T., Hibbert R., Adamo D.A., Kurup A.N. Update on Percutaneous Ablation for Sarcoma. Curr Oncol Rep. 2024; 26(6): 601–13. doi: 10.1007/s11912024-01532-7.

23. Cazzato R.L., de Rubeis G., de Marini P., Dalili D., Koch G., Auloge P., Garnon J., Gangi A. Percutaneous microwave ablation of bone tumors: a systematic review. Eur Radiol. 2021; 31(5): 3530–41. doi: 10.1007/s00330-020-07382-8.

24. Анисеня И.И., Ситников П.К., Пахмурин Д.О., Пахмурина В.В., Васильев Н.В., Зельчан Р.В., Богоутдинова А.В., Табакаев С.А., Хакимов Х.И., Митриченко А.Д. Радикальная интраоперационная термоабляция остеогенной саркомы: клиническое наблюдение. Саркомы костей, мягких тканей и опухоли кожи. 2023; 15(3): 34–45. doi: 10.17650/2782-36872023-15-3-34-45. EDN: SSEKRG.

25. Пахмурин Д.О., Пахмурина В.В., Анисеня И.И., Ситников П.К. Экспериментальное изучение распределения температуры в длинных трубчатых костях при периоссальном расположении нагревателей. Сибирский онкологический журнал. 2023; 22(2): 65–75. doi: 10.21294/1814-4861-2023-22-2-65-75. EDN: TLRZUE.

26. Pakhmurin D., Pakhmurina V., Kashin A., Kulkov A., Khlusov I., Kostyuchenko E., Sidorov I., Anisenya I. Compressive strength characteristics of long tubular bones after hyperthermal ablation. Symmetry. 2022; 14(2): 303. doi: 10.3390/sym14020303.

27. Pakhmurin D., Pakhmurina V., Kashin A., Kulkov A., Khlusov I., Kostyuchenko E., Anisenya I.,. Sitnikov P., Porokhova E. Mechanical and Histological Characteristics of Human Tubular Bones after Hyperthermal Treatment. Symmetry. 2023; 15(1): 156. doi: 10.3390/sym15010156.

28. Горохова А.В., Насибов Т.Ф., Порохова Е.Д., Бариев У.А., Носов В.Е., Пахмурин Д.О., Анисеня И.И., Ситников П.К., Хлусов И.А. Состояние костной ткани в ранние сроки восстановления после термического воздействия. Морфология. 2024; 162(3): 298–315. doi: 10.17816/morph.634692. EDN: BTKQOR.

29. Galluzzi L., Vitale I., Aaronson S.A., et al. Molecular mechanisms of cell death: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2018. Cell Death Differ. 2018; 25(3): 486–541. doi: 10.1038/s41418-017-0012-4.

30. Thompson S.M., Schmitz J.J., Schmit G.D., Callstrom M.R., Kurup A.N. Image-Guided Thermal Ablative Therapies in the Treatment of Sarcoma. Curr Treat Options Oncol. 2017; 18(4): 25. doi: 10.1007/s11864-017-0465-1.

31. Bravo M., Fortuni B., Mulvaney P., Hofkens J., Uji-i H., Rocha S., Hutchison J.A. Nanoparticle-mediated thermal Cancer therapies: Strategies to improve clinical translatability. J Control Release. 2024; 751–77. doi: 10.1016/j.jconrel.2024.06.055.

32. Ryan A., Byrne C., Pusceddu C., Buy X., Tsoumakidou G., Filippiadis D. CIRSE Standards of Practice on Thermal Ablation of Bone Tumours. Cardiovasc Intervent Radiol. 2022; 45(5): 591–605. doi: 10.1007/s00270-022-03126-x.

33. Hannon G., Tansi F.L., Hilger I., Prina-Mello A. The effects of localized heat on the hallmarks of cancer. Adv Ther. 2021; 4(7): 2000267. doi: 10.1002/adtp.202000267.

34. Moreno-Loshuertos R., Marco-Brualla J., Meade P., SolerAgesta R., Enriquez J.A., Fernández-Silva P. How hot can mitochondria be? Incubation at temperatures above 43 °C induces the degradation of respiratory complexes and supercomplexes in intact cells and isolated mitochondria. Mitochondrion. 2023; 69: 83–94. doi: 10.1016/j.mito.2023.02.002.

35. Chakraborty S., Singh M., Pandita R.K., Singh V., Lo C.S.C., Leonard F., Horikoshi N., Moros E.G., Guha D., Hunt C.R., Chau E., Ahmed K.M., Sethi P., Charaka V., Godin B., Makhijani K., Scherthan H., Deck J., Hausmann M., Mushtaq A., Altaf M., Ramos K.S., Bhat K.M., Taneja N., Das C., Pandita T.K. Heat-induced SIRT1-mediated H4K16ac deacetylation impairs resection and SMARCAD1 recruitment to double strand breaks. iScience. 2022; 25(4): 104142. doi: 10.1016/j.isci.2022.104142.

36. Iba T., Helms J., Levi M., Levy J.H. Inflammation, coagulation, and cellular injury in heat-induced shock. Inflamm Res. 2023; 72(3): 463–73. doi: 10.1007/s00011-022-01687-8.

37. Eltzschig H.K., Eckle T. Ischemia and reperfusion--from mechanism to translation. Nat Med. 2011; 17(11): 1391–401. doi: 10.1038/ nm.2507.

38. Song X., Kim S.Y., Zhou Z., Lagasse E., Kwon Y.T., Lee Y.J. Hyperthermia enhances mapatumumab-induced apoptotic death through ubiquitin-mediated degradation of cellular FLIP(long) in human colon cancer cells. Cell Death Dis. 2013; 4(4): e577. doi: 10.1038/cddis.2013.104.

39. Xiao F., Liu B., Zhu Q.X. c-Jun N-terminal kinase is required for thermotherapy-induced apoptosis in human gastric cancer cells. World J Gastroenterol. 2012; 18(48): 7348–56. doi: 10.3748/wjg.v18.i48.7348.

40. Hou C.H., Lin F.L., Hou S.M., Liu J.F. Hyperthermia induces apoptosis through endoplasmic reticulum and reactive oxygen species in human osteosarcoma cells. Int J Mol Sci. 2014; 15(10): 17380–95. doi: 10.3390/ijms151017380.

41. Green D.R., Llambi F. Cell Death Signaling. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2015; 7(12): a006080. doi: 10.1101/cshperspect.a006080.

42. Mohammed R.N., Khosravi M., Rahman H.S., Adili A., Kamali N., Soloshenkov P.P., Thangavelu L., Saeedi H., Shomali N., Tamjidifar R., Isazadeh A., Aslaminabad R., Akbari M. Correction: Anastasis: cell recovery mechanisms and potential role in cancer. Cell Commun Signal. 2022; 20(1): 91. doi: 10.1186/s12964-022-00914-3. Erratum for: Cell Commun Signal. 2022; 20(1): 81. doi: 10.1186/s12964-022-00880-w.

43. Majtnerová P., Roušar T. An overview of apoptosis assays detecting DNA fragmentation. Mol Biol Rep. 2018; 45(5): 1469–78. doi: 10.1007/s11033-018-4258-9.

44. Whiteside T.L. Apoptosis of immune cells in the tumor microenvironment and peripheral circulation of patients with cancer: implications for immunotherapy. Vaccine. 2002; 20s4: 46–51. doi: 10.1016/s0264-410x(02)00387-0.