دوره سلولي

هر سلول که قابل تقسيم است و DNA  ميسازد، در زندگي خود مراحل زير را ميگذراند.

G0- سلول زنده است ولي در حال استراحت است. در اين مرحله مقدار بسيار کمي DNA ساخته ميشود که براي ترميم سلولي بکار ميرود. سلول مقداري RNA و پروتئين نيز در اين مرحله ميسازد.

G1- در اين مرحله سلول از حال استراحت خارج شده و مقدار زيادي DNA ميسازد و سپس وارد مرحله بعدي خواهد شد.

روشن نيست که چه عاملي سلول در حال استراحت را وادار به فعاليت مي کند روش نيست. در سلولهاي طبيعي رشد سلولي تحت کنترل است. و تعداد سلولهاي جديد نزديک به تعداد سلولهائي که از بين ميرود ميباشند. پس از استحاله بدخيمي مهار تقسيم سلولي از کنترل خارج ميشود و سلولها شروع به تقسيم مي کنند و زمان دوبرابر شدن تومور بتدريج طولاني مي شود و با افزايش حجم تومور بتدريج از تعداد سلولهائي که در حال تقسيم هستند کاسته مي گردد.

در تومورهاي مختلف درصد سلولهائيکه در حال تقسيم ميباشد فرق دارد بطوريکه در تومورهاي توپر 25% سلول ها و در سلولهاي سرطاني در مايع آسيت و لنفوم بورکيت حدود 70% درحال تقسيم هستند.

عامل ديگري که رشد تومور را کند ميکند، از بين رفتن سلولها بعلت نرسيدن ماده غذائي لازم براي رشد است. در يک تومور علاوه بر سلولهائي که تقسيم ميشوند و يا سلولهائي که در مرحله استراحت قرار دارند ولي ميتوانند بعدا تقسيم شوند، سلولهاي عقيم وجود دارد که موجب افزايش حجم تومور ميشوند ولي بالاخره اين نوع سلولها مي ميرند.

هرچقدر حجم تومور زياد شود تعداد سلولهائي که قابليت تقسيم دارند يا در حال تقسيم هستند کمتر ميشود و بدين دليل حساسيت به داروهاي شيميائي کمتر ميشود.

سلولي که از مرحله استراحت گذشت و وارد مرحله G1شد بايد به سير خود در سيکل سلولي ادامه دهد. هر عاملي که باعث شود که سلول نتواند سيکل خود را به پايان برساند موجب مرگ سلول ميشود.

بدين ترتيب ورود به مرحله G1 قدمي غيرقابل برگشت براي سلول ميباشد.

مرحله Synthesis)_S ) : در اين مرحله سلول DNA ميسازد و مقدار DNA خود را دوبرابر ميکند.

مرحلهG2: در اين مرحله سلول RNA ميسازد و سپس سلول وارد مرحله ميتوز ميگردد.

مرحله ميتوز: مراحل ميتوز سالهاي سال است که شناخته شده است.در اين مرحله سلول با مانورهاي ناشناخته مواد ژنتيکي خود را تقسيم ميکند و به دختران خود انتقال ميدهد.

**********************************************************

هوارد howard و پلک pelc، اولين بار سيکل سلولي را شرح دادند. از سالها قبل مي دانستند که يک سلول از نظر شکل شناسي در دو مرحله مختلف از زندگي به سر مي برد يکي ميتوز که به طور کلاسيک، چهار مرحله پروفاز، آنافاز و تلوفاز و مرحله بين ميتوز که به آن انترفازinterphase  مي گفتند.

به دست آوردن تايميدين راديواکتيو   tritiated  thymidine (H3) و مشخص کردن DNA توسط آن موجب شده است که مراحل مختلفي در انترفاز شناخته شود که از نظر عمل سلولي با هم اختلافاتي دارند.

ميتوز يا مرحله M زمان تقسيم استG = Generative . پس از ميتوز يک دوره RNA سلولي وجود دارد که به آن G1 مي گويند. در اين مرحله يا سلول تکامل مي يابد و به کار ساختن پروتئين مي پردازد و يا به توليد مجدد سلول ديگر مي پردازد. براي رفتن به مرحله توليد مجدد در آخر مرحله G1 سلول يکباره مقدار زيادي RNA يکباره در خود توليد مي کند. اين تسريع در ساختن RNA وقتي ديده مي شود Burst  of  RNA  Synthesis  که سلول بخواهد توليد سلول کند.

پس از اين عمل سلول وارد مرحله ديگر مي شود که در آن DNA توليد مي کند و به آن مرحله ( S = Synthies )

S  Phase  مي گويند. در اين مرحله به اندازه کافي براي دو سلول DNA  توليد مي شود و سلول وارد مرحله M مي شود که در اين حالت سلول دو برابر کروموزوم دارد و براي دو سلول طبيعي DNA دارد. سلول در مرحله G2 مدت کوتاهي بيشتر نمي ماند و وارد مرحله M مي شود ميتوز در حدود يک ساعت مي انجامد. S در حدود 8-6 ساعت و G2  درحدود 2تا 3 ساعت به طول مي انجامد سلولهاي مختلف زمانهاي سيکل سلولي گوناگوني دارند ولي زمان سيکل سلولي اغلب در حدود ذکر شده است. مدت زمانG1 در سلولها بسيار با هم متفاوت است و قابليت و شدت تکثير سلولي با زمان G1 ارتباط زيادي دارد . اگرG1 زمان کوتاهي باشد سلول به شدت توليد سلول مي کند ولي اگرG1 طولاني باشد سلول توليد سلول کمي دارد.

اگر سلول مدت زمان طولاني درG1 بماند گفته مي شود که سلول در حال استراحت است و به آنG0 مي گويند. سلولها در مرحله G0 قابليت توليد دارند ولي ممکن است به حال استراحت طولاني بمانند.

خصوصيات متابوليکي سلول در دوره توليد سلولي Generation  cycle  تاثير عميقي بر حساسيت سلول به شيمي درماني دارد. سلولهايي که به طور موقت در G0 مي باشند و يا در G1 طولاني هستند به دارو حساسيت کمي دارند ولي مي توانند دوباره مشغول توليد شوند و موجب بزرگ شدن تومور گردند.

يک سري سلول ديگر نيز در تومور وجود دارد که قابليت توليد سلول ندارد و فقط به بزرگي حجم تومور کمک مي کند و از نظر سرطاني بودن حائزاهميت نيست.

بررسي مراحل سلولي با دو وسيله انجام مي پذيرد. اول آن که در ميتوز شکل سلول با انترفاز مختلف است( سلول در مراحل G1، S، G0 يک شکل است) و دوم آنکه در مرحله S به کمک تايميدين راديواکتيو مي توان سلولهايي را که در اين مرحله هستند مشخص کرد و با اتوراديوگرافي Autoradiography از آنان عکس گرفت با اين دووسيله مي توان تعداد سلولهايي را که در مراحل گوناگون سيکل سلولي وجود دارند تا اندازه اي مشخص کرد و تعداد سلولهايي را که در حال توليد سلول هستند نسبت به کل سلولهاي يک تومور بررسي نمود.

از بررسي اولين موج ميتوز در سلولهاي مارکدار شده مي توان به شدت دوره مرحله S =  Synthesis پي برد. فاصله زماني بين دو دوره ( موج اول و دوم ميتوز که در سلولها ايجاد مي شود) زمان دوره سلولي (Cell cycle) يا زمان توليد Generation  time مي باشد.بهترين نمونه سلولي که براي بررسي سيکل سلول انتخاب شده است سلولهاي سرطان خون يک نوع موش  L1210  Leukemia  in a  CDF  l  Mouse   مي باشد و به خوبي مي توان زمان سيکل سلولي و زمان سنتز را در اين سلولها محاسبه کرد.

يافتن زمان توليد در تومورهاي انساني مشکل است ولي تجربياتي در انواع تومور صورت پذيرفته است. زمان توليد در سرطانهاي گوناگون مختلف است.مثلا  زمان سنتز (S.Phase) DNA در سرطان انساني در حدود 24 ساعت، زمان G1 در حدود 35 ساعت. زمانG2 حدود 9 ساعت و زمان سيکل سلولي در حدود 51 ساعت براي سرطان پستان است.

البته در بيماران گوناگون اين زمانها متفاوت مي باشند. G1 در تغييرات زمان سيکل سلولي بيش از ساير مراحل موثر است.

در ملانوم بدخيم زمان توليد 47 ساعت مي باشد. در بررسي سرطانها زمان دو برابر شدن تومور پستان در حدود 50 روز بوده  و زمان توليد سلولي 50 ساعت است. بنابراين اگر تمام سلولهاي سرطاني تومور در حال تقسيم مي بودند، زمان دو برابر شدن بايد خيلي کوتاهتر مي بود کم بودن تعداد سلولهايي که وارد سيکل سلولي مي شوند Growth  fraction و مرگ سلولهاي سرطاني موجب مي گردد که زمان دو برابر شدن Doubling  time  طولاني شود.

درصد سلولهاي در حال توليد (growth  fraction) يعني تعداد سلولهايي که فعالانه در سيکل سلولي وارد مي شوند نيز يکي از عواملي است که بزرگي تومور را سبب مي شوند. در گذشته، تصور مي شد که بليونها سلول سرطاني که در يک توده تومورال وجود دارند به آهستگي رشد مي کنند. در حقبقت در يک توده سرطاني تعداد محدودي از سلولها در حال توليد سلول هستند و بقيه در حال استراحت مي باشند.

در سرطانهاي گوناگون انسان زمان سنتز (S.Phase) حدودا يکسان است و بين 10 تا 21 ساعت متغير مي باشد.

زمان توليد سلولي يا سيکل سلولي از از 12 ساعت تا 5 روز متغير است. با توجه به اين موضوع تغييرات زمان دو برابر شدن از 10 روز تا هزار روز نمي تواند تنها بر اساس تغييرات زمان توليد سلولي باشد.

دو عامل مهم در زمان دو برابر شدن، مرگ سلول و درصد سلولهاي در حال توليد است که از 25 درصد در ملانوم تا 95 درصد در سلولهاي سرطاني شناور در آسيت سرطان معده متغير است. مرگ سلولهاي سرطاني در تومورهاي انسان بسيار زياد است. تغييرات کوچکي در  درصد سلولهاي در حال مرگ، تغييرات بسيار چشمگيري در زمان دو برابر شدن تومور پديد مي آورد.

اثرات عوامل خارجي بر تومور جواب گوناگوني از طرف آن پديد مي آورد.

-         داروهاي شيمي درماني بر حسب نوع دارو و نوع تومور مي توانند زمان سيکل سلولي و درصد سلولهاي در حال توليد سلول را تغيير دهند.

-         هورمونها درصد سلولهاي در حال توليد را کم و يا زياد مي کنند و بر زمان سيکل سلولي تاثيري ندارند.

-         تغييرات فشار اکسيژن و رسيدن خون درصد سلولهاي در حال توليد را کم و زياد مي کند و بر زمان سيکل سلولي تاثيري ندارد.

-         اثرات ايمونولژي immunologic  mechanisms  هم زمان توليد سلولي و هم درصد سلولهاي در حال توليد را تغيير مي دهد. با بررسي اساسي کينتيک سلولي Basic  cellular  kinetics ممکن است بهترين راه استفاده از داروهاي شيمي درماني را به دست آورد.

در سرطان تجربي حيوانات ،  عمر يک حيوان نسبت معکوس با تعداد سلول سرطاني پيوند شده دارد. هر چه تعداد سلولهاي سرطاني پيوند شده بيشتر باشد عمر حيوان کوتاهتر است.

داروهاي ضد سرطان بر اساس جنبش درجه يک (First  order  kinetic) سلول کشي مي کنند بدين ترتيب که همواره قسمتي از کل سلول سرطاني کشته مي شود. اين موضوع نتايج بسياري را به دنبال مي آورد بدين ترتيب که يک داروي سرطاني اگر در يک تومور که يک گرم وزن داشته باشد (يک بيليون سلول) نود درصد سلولها را بکشد تعداد کل سلولها را از نظر لگاريتمي يک لاگ Log کم مي کند (صد ميليون سلول). ولي سلولهاي سرطاني دوباره با سرعت مشخص رشد مي کنند و حيوان سرطاني را از بين مي برند و اين زمان با زمان مصرف دارو خيلي فاصله  ندارد. اگر موفق شويم تعداد بسياري سلول بکشيم مثلا 999/99 درصد سلولهاي سرطاني را کشته باشيم. در رشد بعدي سرطان پس از درمان تاخيري رخ مي دهد و عمر حيوان طولاني مي شود بدين دليل کلنيسين ها براي درمان به استفاده از داروهاي مختلف در يک دوره درمان روي آورده اند . تا آنجا که ممکن است درصد سلولهاي کشته شده را افزايش دهند. و تومورها را پس بزنند و درمان موقت يا قطعي براي بيمار به ايجاد کنند.

البته تومورهايي وجود دارند که تنها يک دارو مي تواند درصد بسياري از سلولهاي سرطاني را نابود کند و احتياج به درمان مخلوط در آنها نيست.

بيماران مبتلا به لنفوم بورکيت Burkitt,s  Lymphoma  و يا کوريوکارسينوم با يک نوع دارو مي توانند بهبود يابند. ولي اغلب سرطانهاي انساني اينقدر حساس به دارو نيستند و درمانهاي بغرنج براي کنترل آنها لازم است. وقتي در يک تومور 90 درصد سلولهاي سرطاني کشته مي شوند عمر بيمار طولاني نمي شود و شايد اصلا اندازه تومور هم در حيات بيمار کوجک نشود زيرا سلولهاي سرطاني که به طور مرگباري ضايعه ديده اند به آهستگي جذب بدن مي شوند. تنها وقتي که تعداد سلولهاي سرطاني به تعداد بسيار کم تقليل يافته است مثلا (هزار يا 10 هزار) مي توان توقع بهبود موقت يا دائم را براي بيمار سرطاني داشت.

مسلما اين تعداد سلول هرگز از نظر کلينيکي قابل رويت نيست اين اساس شيمي درماني کمکي را در سرطان تشکيل مي دهد که بر اساس آن طبيب سعي مي کند در بيماري که وجود تعدادي سلول سرطاني در او حدس زده مي شود ، سلولهاي سرطاني را از بين ببرد.

تفاوتهاي کينتيک سلولي، بين سلولهاي سرطاني وسلولهاي طبيعي بافت وجود دارد. اين تفاوت در بافتهاي تومورهاي توپر Solid  Tumor به علت تکامل بافتي روشن است و در بافتهاي مغز استخوان که دائما مشغول تقسيم و تکامل هستند اثرات درماني مهمي براي بيمارن دارد. مدتها تصور مي شد که سلول لوسمي مرتبا در حال تقسيم و رشد بي وقفه اي مي باشد. مشاهدات Killmann  در سال 1968 نشان داده است که در بيشتر لوسمي ها زمان سنتز DNA و زمان G1 طولاني تر از بافتهاي طبيعي است و در هر زمان تعداد سلولهاي لوسميک در مقايسه با تعداد سلولهاي بافت طبيعي مغز استخوان در حال سنتز کمتر است.

(Lower  labeling  Index) ،  (Lower  mitotic  Index)  و تعداد سلولهاي در حال ميتوز نيز دريافت لوسميک کمتر بوده است.

اين موضوع مي تواند اثرات درماني قابل ملاحظه اي داشته باشد زيرا اگر چه در يک دوره درمان تعداد سلولهاي طبيعي و سلولهاي سرطاني در حال گذراندن سيکل سلولي بيک اندازه هدف قرار مي گيرند ولي چون سلولهاي سرطاني براي پايان يک سيکل ديگر سلولي دوران طولاني تر را مي گذرانند به تدريج تعداد سلولهاي لوسميک کاسته مي شود و رميسيون Remmission کامل امکان پذير مي شود.

تصور مي رود که تغييرات پروتئينهاي غير هيستون Non-Histon  proteins   کروموزومي در سلول بلاست موجب تغييرات سيکل سلولي لوسميک مي باشند ولي به طور کلي عواملي که سبب توليد سلول مي شوند شناخته نيست.

بروس در سال 1966 در مطالعه اثرات داروهاي شيمي درماني بر لنفوم موش (AKR Mouse Lymphoma)  توانست داروهاي شيمي درماني را براساس تاثير آنها بر روي مراحل مختلف سيکل سلولي و يا داروهايي که به طور يکنواخت سلولها را چه در سيکل سلولي باشند يا نباشند، مي کشد، تقسيم کند. داروهايي نظير اشعه رادياسيون و يا نيتروژن موستارد(داروهاي الکيل کننده) براي سلول، در همه مراحل سيکل سلولي و براي سلولهايي که در حال استراحت هستند، کشنده هستند.

داروهاي ديگر اثرات خود را در يک مرحله از سيکل سلولي وارد مي کنند و بيشتر مرحله S (سنتز) يا M (ميتوز) مورد حمله است. در صورتيکه سلولهاي در حال استراحت کشته نمي شوند.

اين داروها عبارتند از متوترکسات، وينکريستين، وينبلاستين، تايميدين راديو اکتيو، (H3-Thymidine) ، سيتوزار و غيره.

بعضي داروهاي ديگر اگرچه بيشتر مي توانند به سلول سرطاني در سيکل سلولي  لطمه وارد آورند، ولي سلول در حال استراحت را نيز از بين مي برند.البته اثر آنها بر سلولهايي که در دوره سيکل سلولي هستند بيشتر است. اين داروها عبارتند از 5- فلوئورويوراسيل،

آکتي نومايسين (Actinomycin-D ) ، آندوکسان، ملفالان Melphalan) ) و غيره.

مدل لوسمي موش ال 1210 (The L/1210  Mouse  Leukemia  Model )

 بيشتر اساس تجربيات شيمي درماني کلينيکي از بررسي هاي Skipper  بر روي لوسمي 1210 موش  در سال 1964 به دست آمده است. علت انتخاب اين حيوان و اين نوع سرطان آن است که تعداد سلولهاي سرطاني را مي توان دقيقا اندازه گيري کرد. نتايج به دست آمده از اين بررسي ها بدين قرار است:

-         طول عمر حيوان به طور معکوس به تعداد سلولهاي سرطاني باقي مانده پس از يک درمان و يا تعداد سلولهاي سرطاني در شروع درمان پيوند شده = Inoculum ارتباط دارد.

-         تنها يک سلول سرطاني قادر است توليد سلول کند و زياد شود و حيوان را بکشد. يک دوز داروي داده شده به حيوان تنها قادر است درصدي از کل سلولها را بکشد. و اين تعداد ثابت نيست بلکه با کل تعداد سلولهاي سرطاني موجود ارتباط دارد. صرفنظر از تعداد کل سلولها که چه باشد.

-         رشد سرطان پس از يک درمان و از بين رفتن اثرات دارو با رشد آن قبل از دادن دارو يکسان است. ارزش اين يافته هاي اساسي در مراحل اوليه رشد تومورهاي توپر و سرطان هاي بسيار سريع رشد مانند کوريوکارسينوما محدود است. در اين مراحل سرطانهاي توپر و هم کوريوکارسينوما مانند سرطانهاي منتشر رفتار مي کنند. د ر هر سلول اصل اساسي در صد سلول کشي، نه تعداد معيني سلول کشي در دارو هاي شيمي درماني بايد به خاطر سپرده شود.

يک گرم تومور9^10  سلول دارد ولي حتي در تومورهاي پوست اين مقدار تومور به سختي تشخيص داده مي شود کمترين مقدار تومور که مي تواند يک نودول زير جلدي قابل لمس ايجاد کند 60 ميلي گرم است و کسي در اين مرحله فکر سرطان را نمي کند. اغلب اشخاص که سرطان احشايي آنها مشخص مي شود 10^10تا 11^10  (10 تا 100 گرم) تومور دارند. مقدار توموري که موجب مرگ در اغلب موارد مي شود12^10  سلول است.

کم شدن تومور از 10 گرم به يک گرم موجب مي شود ديگر سرطان را در بيمار نيابيم و به اصطلاح بيمار در بهبودي موقت باشد در حاليکه در همين زمان 109 سلول سرطاني در بيمار موجود است.

چون در مرحله درمان، داروي ضد سرطان همان درصد از سلولها را مي کشد(يک لاگ Log تعداد سلولها را کاهش مي دهد). حداقل 10 دوره درمان لازم است تا سرطان نابود شود. در عمل ممکن است تعداد سلولهاي سرطاني از يک بيليون بيشتر باشد ولي در کلينيک آثار سرطان را نبينيم.

علت اثر اوليه( جواب) در تومورها با شيمي درماني همين کم کردن تعداد سلول سرطاني است ولي بيماري همچنان باقي است و از نظر کلينيکي قابل تشخيص نيست. معمولا پس از مدتي سلول سرطاني به دارو مقاوم ميشود و شخص سرطاني با عود از پاي در مي آيد. هر چقدر، مقدار تومور اوليه بيشتر باشد و هر چقدر دارو درصد کمتري از سلولها را نابود کند  شانس مقاومت به دارو و عود بيماري بيشتر است( مساله مهم آن است که بافتهاي طبيعي به داروهاي ضد سرطاني مقاوم نمي شوند). بنا براين اثر شيمي درماني در سرطانهاي حساس وابسته به تعداد سلولهاي سرطاني در شروع درمان است.

چون جواب تومور به مقدار دارو بستگي دارد، هر چقدر مقدار دارو بيشتر باشد جواب بهتر است البته به شرطي که مسموميت قابل تحمل باشد.

اثرات درمانهاي بعدي مربوط به تعداد سلولهاي باقيمانده از درمان اوليه و درصد سلولهاي کشته شده است و چون اثرات درماني دوزهاي بعدي دارو به تعداد سلولهاي سرطاني موجود در موقع درمان بعدي وابسته است بنابراين شروع درمان بعدي بايد باشناسايي سلول سرطاني و سرعت توليد آن همراه  باشد و درمان در حداقل زمان فاصله ممکن است که مغز استخوان و ساير مسموميتها اجازه مي دهد انجام گيرد، مسلما براي آنکه درمان مفيد باشد بايد تعداد سلولهاي کشته شده در يک درمان بيشتر از سلولهاي توليد شده در فاصله دو درمان باشد.

جدول زير مربوط به درمان يک سرطان با دارويي است که در هر درمان 90 درصد سلولهاي سرطاني را بکشد.