Die ersten Anzeichen von Schwierigkeiten für einen Patienten mit einer wachsenden Hirntumor ist Häufig ein Anfall. Solche Anfälle haben, gilt seit langem als ein Nebeneffekt des Tumors. Aber jetzt hat ein gemeinsames team von Columbia Ingenieure und Krebs-Forscher, Hirntumoren hat Belege dafür gefunden, dass die Anfälle verursacht durch eine Vergrößerung der tumor konnte Sporn seinen tödlichen Verlauf.
Diese Interaktionen beschrieben, die heute in Cell Reports, offenbart wurden, die über ein neuartiges Maus-Gehirn-imaging-Technologie, die tracks real-time Veränderungen in der Aktivität des Gehirns und die Durchblutung wie ein tumor wächst im Gehirn. Die Forschung identifiziert potenzielle neue Ziele für die Diagnose und Behandlung von Gliom, eine seltene, aber aggressiven form von Hirntumor, bemerkenswert in den letzten Jahren für das Leben gekostet Vereinigten Staaten Senator John McCain und Beau Biden, der Sohn von Vizepräsident Joe Biden.
„Als Gliome Ausbreitung in das Gehirn, Sie nach und nach infiltrieren umliegende Gehirnregionen verändern Blutgefäße und Interaktionen zwischen Neuronen und anderen Zellen des Gehirns,“ sagte Peter Canoll, MD, Ph. D., professor für Pathologie und Zellbiologie am Columbia Vagelos College of Physicians und Chirurgen, und das Papier ist co-senior-Autor. „Neuro-Onkologen haben in der Regel konzentriert sich auf die Entwicklung von Möglichkeiten, um selektiv töten Gliom-Zellen, aber wir sind auch daran interessiert zu verstehen, wie infiltrierende gliomzellen die Art ändern, wie das Gehirn funktioniert. Wir glauben, dass dieser Ansatz führen kann, um neue Behandlungen für diese schreckliche Krankheit.“
Mittlerweile, Elizabeth Hillman, Ph. D., professor für biomedizinische Technik an der Columbia ’s School of Engineering and Applied Science, entwickelte ein neuartiges Verfahren für die real-time-imaging“ wird sowohl neuronaler Aktivität und Blutfluss-Dynamik in den Gehirnen von Mäusen. Genannte wide-field-optical-mapping, oder WFOM, Dr. Hillman und Ihr Labor wurden mit dem zu untersuchenden system, wie neuronale Aktivität im Gehirn Laufwerke lokale änderungen in der Durchblutung, ein Prozess, bekannt als neurovaskuläre Kopplung.
Dres. Hillman und Canoll erkannte, dass die Kombination von Dr. Hillman ‚ s imaging-Plattform mit Dr. Canoll die Methode der Erzeugung realistischer Tumoren in das Gehirn von Mäusen, könnten lassen Sie Sie untersuchen, wie die Aktivität des Gehirns betroffen war, während der tumor Wachstum.
„Wir WFOM zum Bild die Gehirne von Mäusen, alle paar Tage, viele Wochen, zu beobachten, wie die Tumore wuchsen und fielen in verschiedenen Bereichen“, sagte Dr. Hillman, der auch Zuckerman Institut Principal Investigator. „Wir untersuchten Mäuse, deren Nervenzellen gekennzeichnet wurden mit einem grün fluoreszierenden calcium-Indikator, die umso heller wird, wenn Neuronen sind aktiv, lassen uns erkennen, wie tumor-invasion beeinträchtigt die normale Aktivität von Neuronen und Erweiterungen und Verengungen der Gefäße.“
Die Mannschaft, die zuerst gefunden, dass die Migration von gliomzellen desynchronisiert sowohl neuronaler Aktivität und Blutfluss-änderungen, die normalerweise schwanken zusammen über beiden Seiten des Gehirns. Sie fanden auch, dass der tumor beeinträchtigt die neurovaskuläre Kopplung—machen Blutgefäße weniger wahrscheinlich zu erweitern und bieten frisches Blut, wenn Neuronen gefeuert.
Aber etwas anderes erregte auch der von den Forschern Auge.
„Sahen wir einige Blitze in unseren Bildern der neuronalen Aktivität, begleitet von großen Veränderungen in der Durchblutung“, sagte Dr. Hillman. „Wenn wir näher hin sah, fanden wir diese Blitze werden häufiger als die Tumore wuchs, und in einigen Fällen sahen wir die massiven, tiefen Töne der neuronalen Aktivität.“
„Wir haben erkannt, dass, wie die Tumoren Fortschritte in den Gehirnen von Mäusen, die wir sahen viele Beschlagnahme-wie Einleitungen, die schließlich voran in ausgewachsene Anfälle, die Aussehen wie die generalisierte Anfälle, dass Gliom-Patienten oft erleben,“ sagte Dr. Canoll. „Wir haben bemerkt, dass diese Anfälle waren die meisten prominenten an den Rändern des Tumors, wo die Tumorzellen wachsen in und Vermischung mit der umgebenden gesunden Gehirn.“
Während diese generalisierte Anfälle, WFOM auch gezeigt, dass der Sauerstoffgehalt im Blut Ebenen innerhalb des Tumors stark gesunken. Dieser Befund war überraschend, und über, wie tumor-Zellen bekannt sind, gedeihen in den low-Sauerstoff, oder Hypoxie, Umgebungen.
„Wenn das Hirn Gewebe wird Hypoxie, Gehirn-Zellen sezernieren Proteine, die könnte tatsächlich stimulieren das Tumorwachstum, migration, proliferation und progression“, sagte Dr. Canoll. „Wir denken, dass die veränderte neurovaskuläre Kopplung in der tumor verursacht eine Hypoxie während der Anfälle, und erstellen einen Teufelskreis von tumor-Wachstum, Anfall, Hypoxie und weitere Tumorwachstum.“
Das team der Ergebnisse zeigen eine Reihe von vielversprechenden Zielen zu stören Gliom die bösartigen Angriff auf das Gehirn.
„Brechen dieses Zyklus von Tumorwachstum, wir könnten das Ziel der Verringerung von Anfällen. Wir können in der Lage sein zu verwenden WFOM um zu bestimmen, welche Arten von Drogen sind am effektivsten zur Unterdrückung dieser Arten der Beschlagnahme, während nicht stören mit Krebs-Behandlungen,“ sagte Dr. Canoll. „Wir werden auch schauen, um zu sehen, ob die kleinen Anfall Ereignisse, die schwierig sein kann für einen Patienten wahrzunehmen, könnte ein frühes Warnzeichen der tumor-Entwicklung ‚oder ‚ nachwachsen‘.“
Was das team gelernt, könnte auch helfen bei der Diagnose und op-Führung.
„Functional magnetic resonance imaging, fMRI, ist ein menschliches Gehirn-imaging-Methode, die erkennt, aktive Regionen über lokale Veränderungen im Gehirn Blut fließen,“ sagte Dr. Hillman, der auch ein professor der Radiologie an der Columbia ‚ s Vagelos College of Physicians und Chirurgen. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass fMRI möglicherweise unzuverlässig für die Führung der Chirurgen zu vermeiden, werden bestimmte Regionen des Gehirns, wenn der tumor verändert die Durchblutung ändert. Allerdings, die Veränderungen in SYNCHRONIE und neurovaskuläre Kopplung, die wir beobachtet haben, könnte auch genutzt werden, als Biomarker zu erkennen, die tumor-Regionen.“
Das team die Ergebnisse unterstreichen auch die macht der interdisziplinären Zusammenarbeit. Dr. Hillman entwickelte die Studie-imaging-und Analyse-Techniken mit der Unterstützung der NIH BRAIN Initiative, und das team kombiniert Sie mit neuartigen Maus Gliom-Modelle entwickelt, die Canoll-lab-Studie zu Veränderungen in der Gehirnfunktion im Zusammenhang mit einer neurologischen Krankheit.