Мохамед Г. Абделвахаб

1 Невро-онкологични изследвания, Barrow Neurological Institute® на болница и медицински център „Сейнт Джоузеф“, Финикс, Аризона, Съединени американски щати,

Катрин Е. Фентън

1 Невро-онкологични изследвания, Barrow Neurological Institute® на болница и медицински център „Сейнт Джоузеф“, Финикс, Аризона, Съединени американски щати,

Марк С. Преул

2 Изследвания по неврохирургия, Barrow Neurological Institute® на болница и медицински център „Св. Йосиф“, Финикс, Аризона, Съединени американски щати,

Джонг М. Ро

3 Изследване на педиатрична епилепсия, Barrow Neurological Institute® на болница и медицински център „Сейнт Джоузеф“, Финикс, Аризона, Съединени щати,

Андрю Линч

4 Nutricia Advanced Medical Nutrition, Danone Research, Център за специализирано хранене, Ливърпул, Великобритания,

Филип Стафорд

5 AZ Biodesign, Център за иновации в медицината, Училище за науки за живота на Аризонския държавен университет, Темпе, Аризона, Съединени американски щати,

Адриен С. Шек

1 Невро-онкологични изследвания, Barrow Neurological Institute® на болница и медицински център St. Joseph, Финикс, Аризона, Съединени американски щати,

2 Изследвания по неврохирургия, Barrow Neurological Institute® на болница и медицински център „Св. Йосиф“, Финикс, Аризона, Съединени американски щати,

Замислени и проектирани експерименти: MCP JMR AL ACS. Изпълнява експериментите: MGA KEF. Анализирани данни: MGA KEF PS ACS. Реактиви/материали/инструменти за анализ, допринесени: AL PS ACS. Написа хартията: MGA KEF MCP JMR AL PS ACS.

Резюме

Въведение

Кетогенната диета (KD) е диета с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати, която променя метаболизма чрез повишаване нивото на кетонните тела в кръвта. KetoCal® (KC) е хранително пълна, налична в търговската мрежа 4∶1 (мазнина∶ въглехидрати + протеин) кетогенна формула, която е ефективно нефармакологично лечение за лечение на рефрактерна детска епилепсия. Дието-индуцираната кетоза причинява промени в мозъчната хомеостаза, които имат потенциал за лечение на други неврологични заболявания като злокачествени глиоми.

Методи

Използвахме интракраниален биолуминесцентен миши модел на злокачествен глиом. След имплантацията животните се поддържат на стандартна диета (SD) или KC. Мишките получиха 2 × 4 Gy цялостно мозъчно облъчване и растежът на тумора беше последван от изображения in vivo.

Резултати

ефективен

(А) Радиация и KetoCal® плюс радиация животни, изобразявани на всеки три дни. Цветовата схема представлява интензивността на сигнала, а червената представлява най-високата интензивност на броя на фотоните. (B) (C) Биолуминесцентен сигнал, начертан като in vivo брой фотони спрямо дни след имплантацията.

Данните за оцеляване само от SD, KC самостоятелно, SD + радиация и KC + радиация са изследвани за ефекти на взаимодействие, като се използват пропорционални опасности на Cox. Стойността на p за радиация и KC е p = 1,03 × 10 −11 спрямо SD. Изводът е, че има дълбоко усилващ (средно оцеляване) ефект на радиацията само с KC срещу SD. Съществува и усилващ ефект на излъчването със SD (p = 8.38 × 10 -2), но ефектът е с много порядъци по-малък. По този начин, ние предлагаме, че повече от адитивен и силно положителен ефект на оцеляване се наблюдава чрез KC диета и адювантна лъчева терапия.

Животните, хранени с KetoCal®, показват повишени нива на βHB

Измерванията на теглото се правят на всеки 3 дни. Графиката показва теглото на животните, нормализирано към средното начално тегло на всяка група в ден нула. (B) Стрелката означава дългосрочно оцелял 60 дни след имплантиране на тумор в групата SD с радиация.

Дискусия

Наскоро се поднови интересът към ролята на променения клетъчен метаболизъм при рак и се предполага, че клетъчният метаболизъм може да бъде ефективна терапевтична цел. За тази цел ние изследвахме полезността на повишените кетони в кръвта върху ефикасността на радиацията за лечение на глиома. KetoCal® (KC) е търговска кетогенна диета, използвана при лечението на детска епилепсия. Нашите резултати показват, че KC, когато се прилага ad libitum, подобрява оцеляването и забавя растежа на тумора в нашия миши модел на мозъчни тумори. KC усилва ефекта на радиацията, като удължава оцеляването извън това, наблюдавано само с радиация. Облъчените животни, поддържани на KC, демонстрират пълна загуба на туморна биолуминесценция, което предполага регресия на тумора и липсата на жизнеспособни туморни клетки. Туморите в тази кохорта животни не се повтаряха, когато животните бяха върнати на стандартна гризачка за гризачи.

Нашето разследване демонстрира значително намаляване на нивата на кръвната глюкоза между SD и KC, хранени ad libitum. На 6-ия и 13-ия ден нивата на кръвната глюкоза са по-ниски в групата KC в сравнение с SD групата. Нивата на кръвната глюкоза също са били по-ниски между Rad и KC + Rad на 6-ия ден, но не и на 13-ия ден. Нашите резултати не показват корелация между нивата на циркулиращата глюкоза и оцеляването, което предполага, че наблюдаваните антитуморни ефекти вероятно се дължат на повече отколкото просто намалени нива на глюкоза. Освен това не открихме промяна в телесното тегло между животни, хранени с KC ad libitum и животни, хранени с SD ad libitum (Фигура 3А). Спад в теглото се наблюдава при животни, лекувани с KC в комбинация с радиация около 6-ия ден; обаче животните възвърнаха това тегло до 15-ия ден (Фигура 3В). Не се наблюдава пряка връзка между загубата на тегло и нивата на кетон или глюкоза в кръвта или между нивата на глюкоза в кръвта и оцеляването. Кохортата KC и KC плюс радиация показват най-дълго оцеляване без статистическа разлика нито в кръвната глюкоза, нито в загубата на тегло. Това се съгласува с резултатите от по-ранната ни работа [13] и служи за утвърждаване на схващането, че оцеляването може да е независимо от нивата на кръвната захар.

Лечение и наблюдение на животни

След операцията животните са хранени със стандартна гризачка за гризачи в продължение на 3 дни. След това животните бяха рандомизирани да останат на стандартна гризачна гриза (SD) ad libitum или променени на KetoCal® (KC) ad libitum. KetoCal® е получен директно от производителя и представлява пълноценна хранителна диета, осигуряваща 4∶1 съотношение на мазнини към въглехидрати плюс протеини (72% мазнини, 15% протеини и 3% въглехидрати; за пълна хранителна информация вижте http: // www .shsna.com/pages/ketocal41.htm). Приготвя се паста чрез смесване на KetoCal® на прах с вода (2∶1). Животните във всяка клетка са получавали кубичен инч от пастата всеки ден, което е било достатъчно за осигуряване на хранене ad libitum.

На 3-ия и 5-ия ден след имплантацията на животни, получаващи радиация, се прилага интраперитонеална инжекция на ксилазин (10 mg/kg) и кетамин (80 mg/kg), екранирани и позиционирани в рентгеновия биологичен облъчвател RS 2000 (Rad Source Technologies, Suwanee, GA), така че само главата им получава 4 Gy радиация при 2 Gy в минута. Животните получиха две фракции радиация (по 4 Gy всяка), за да приближат по-точно фракционирания курс на лечение, който пациентите ще претърпят [37].

Биолуминесценцията се анализира всеки трети ден, за да се определи количествено туморната тежест [13]. Животните са получили подкожна (s.c.) инжекция от 150 µg луциферин/kg телесно тегло 15 минути преди in vivo образна диагностика, използвайки IVIS® Spectrum in vivo образна система (Caliper Life Sciences, Hopkinton, MA). Туморните клетки се откриват 3 дни след имплантацията (първият ден, в който са изобразени) и количественото определяне се извършва с помощта на софтуера Living Image® 3.1 на системата.

Нивата на серумния β-хидроксибутират са измерени с помощта на отразяващ уред на кето-сайт (GDS Diagnostics, Elkhart, IN) и нивата на кръвната глюкоза са тествани с помощта на система HemoCue Glucose 201 (HemoCue USA, Lake Forest, CA) върху кръв, получена от щипки за опашка описани [13]. Животните се претеглят на всеки 3 дни, за да се гарантира, че всички животни напълняват по еквивалентен начин. Животните бяха евтаназирани при поява на видими симптоми на предстояща смърт като прегърбена стойка, намалена подвижност и загуба на тегло [13], [38].

Статистически анализ

Данните за оцеляване са анализирани, като се използват парцели на Kaplan-Meier и статистика за лог-рейтинг (GraphPad Prism® v 5.04, GraphPad Software, San Diego, CA). Данните за оцеляване само от SD, KC самостоятелно, SD + радиация и KC + радиация са изследвани за ефекти на взаимодействие, като се използват пропорционални опасности на Cox. Моделът изследва SD и KC в контекста на радиация и радиация + KC. Методът използва правилна цензура, стабилни оценки на дисперсията и метод на Бреслоу за връзки с толеранс на конвергенция 0,0001, позволяващ колинеарност.

Бележки под линия

Конкуриращи се интереси: Тази работа е подкрепена с грант от Nutricia Advanced Medical Nutrition чрез Nutricia North America, компанията, която разпространява KetoCal® в САЩ. Д-р Андрю Линч е нает от Nutricia Advanced Medical Nutrition във Великобритания. Д-р Линч предостави информация за дизайна на изследването. Това не променя придържането на авторите към всички политики PLoS ONE за споделяне на данни и материали.