Mikrograwitacja jako możliwość terapii chorób nowotworowych na przykładzie raka płuc

Natalia Krauzowicz; Paweł Krupa; Zuzanna Kolanko; Julia Konieczny; Kinga Krzywonos; Kinga Krasoń

Mikrograwitacja jako możliwość terapii chorób nowotworowych na przykładzie raka płuc

Autorzy

Natalia Krauzowicz - Studenckie Koło Naukowe przy Katedrze i Zakładzie Biofizyki im. prof. Zbigniewa Religi, Wydział Nauk Medycznych w Zabrzu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach; Paweł Krupa - Studenckie Koło Naukowe przy Katedrze i Zakładzie Biofizyki im. prof. Zbigniewa Religi, Wydział Nauk Medycznych w Zabrzu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach; Zuzanna Kolanko - Studenckie Koło Naukowe przy Katedrze i Zakładzie Biofizyki im. prof. Zbigniewa Religi, Wydział Nauk Medycznych w Zabrzu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach; Julia Konieczny - Studenckie Koło Naukowe przy Katedrze i Zakładzie Biofizyki im. prof. Zbigniewa Religi, Studenckie Koło Naukowe przy Katedrze i Zakładzie Anatomii Opisowej i Topograficznej, Wydział Nauk Medycznych w Zabrzu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach; Kinga Krzywonos - Studenckie Koło Naukowe przy Katedrze i Zakładzie Biofizyki im. prof. Zbigniewa Religi, Wydział Nauk Medycznych w Zabrzu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach; Kinga Krasoń - Studenckie Koło Naukowe przy Katedrze i Zakładzie Biofizyki im. prof. Zbigniewa Religi, Wydział Nauk Medycznych w Zabrzu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach

Słowa kluczowe:

symulowana mikrograwitacja, rak płuc, gruczolakorak, rak kolczystokomórkowy

Streszczenie

Rak płuc jest najczęstszą przyczyną śmierci oraz drugą najczęściej wykrywaną złośliwą chorobą nowotworową zaraz po nowotworze piersi. Według danych Światowej Organizacji Zdrowia (ang. World Health Organization WHO), w 2020 rak płuc był przyczyną 1.8 miliona śmierci, co jest dwukrotnością w stosunku do drugiego miejsca, którym jest rak jelita grubego i odbytu (916 000 śmierci). Mikrograwitacja jako metoda oddziaływania na komórki nowotworowe płuc przedstawia szereg skutków, które mogą być wykorzystane w kreowaniu przyszłych terapii raka płuc. Celem tej pracy jest zwrócenie uwagi na badania przedstawiające wpływ mikrograwitacji na zmiany w proliferacji, apoptozie oraz migracji komórek nowotworowych, przedstawienie wpływu mikrograwitacji na organizm człowieka oraz wykorzystywanych urządzeń stosowanych do stworzenia warunków symulowanej mikrograwitacji.

Bibliografia

Word Health Organisation. The top 10 causes of death. https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/the-top-10-causes-of-death. Opublikowano: 09.12.2020. Dostęp: 20.02.2023.

Urszula Wojciechowska, Klaudia Barańska, Irmina Michałek, Paweł Olasek, Marta Miklewska, Joanna A. Didkowska; Nowotwory Złośliwe W Polsce W 2020 Roku; Krajowy Rejestr Nowotworów Warszawa 2022

Degan P, Cortese K, Pulliero A, et al. Simulated Microgravity Effects on Human Adenocarcinoma Alveolar Epithelial Cells: Characterization of Morphological, Functional, and Epigenetic Parameters. Int J Mol Sci. 2021;22(13):6951. Published 2021 Jun 28. doi:10.3390/ijms22136951

Berghmans T, Lievens Y, Aapro M, et al. European Cancer Organisation Essential Requirements for Quality Cancer Care (ERQCC): Lung cancer. Lung Cancer. 2020;150:221-239. doi:10.1016/j.lungcan.2020.08.017

Mao Y, Yang D, He J, Krasna MJ. Epidemiology of Lung Cancer. Surg Oncol Clin N Am. 2016;25(3):439-445. doi:10.1016/j.soc.2016.02.001

Nasim F, Sabath BF, Eapen GA. Lung Cancer. Med Clin North Am. 2019;103(3):463-473. doi:10.1016/j.mcna.2018.12.006

Osmani L, Askin F, Gabrielson E, Li QK. Current WHO guidelines and the critical role of immunohistochemical markers in the subclassification of non-small cell lung carcinoma (NSCLC): Moving from targeted therapy to immunotherapy. Semin Cancer Biol. 2018 Oct;52(Pt 1):103-109. doi: 10.1016/j.semcancer.2017.11.019. Epub 2017 Nov 26.

West JB, Historical aspects of the early Soviet/Russian manned space program. J Appl Physiol (1985). 2001;91(4):1501-1511. doi:10.1152/jappl.2001.91.4.1501

Korczmar E, Belter A, Naskręt-Barciszewska MZ, Jurga S, Barciszewski J. Epigenetyka na Ziemi i w kosmosie [Epigenetic on Earth and in Space]. Postepy Biochem. 2022;68(2):169-178. Published 2022 May 24. doi:10.18388/pb.2021_437

NASA. Moon to Mars Overview. https://www.nasa.gov/topics/moon-to-mars/overview . Opublikowano: 08.07.2021. Dostęp: 25.02.2023.

NASA. How Investing in the Moon Prepares NASA for First Human Mission to Mars. https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/moon-investments-prepare-us-for-mars.pdf. Dostęp: 25.02.2023.

Pool SL, Davis JR. Space medicine roots: a historical perspective for the current direction. Aviat Space Environ Med. 2007;78(4 Suppl):A3-A4.

Hodkinson PD, Anderton RA, Posselt BN, Fong KJ. An overview of space medicine. Br J Anaesth. 2017;119(suppl_1):i143-i153. doi:10.1093/bja/aex336

Johnston SL, Blue RS, Jennings RT, Tarver WJ, Gray GW. Astronaut medical selection during the shuttle era: 1981-2011. Aviat Space Environ Med. 2014;85(8):823-827. doi:10.3357/ASEM.3968.2014

NASA. Evidence Report:Risk of Adverse Health Outcomes and Decrements in Performance due toIn-Flight Medical Conditions. Human Research Program. Exploration Medical Capabilities Element. Opublikowano: 08.05.2017. Dostęp: 25.02.2023.

Kim H, Shin Y, Kim DH. Mechanobiological Implications of Cancer Progression in Space. Front Cell Dev Biol. 2021;9:740009. Published 2021 Dec 8. doi:10.3389/fcell.2021.740009

NASA. What is Microgravity? https://www.nasa.gov/centers/glenn/shuttlestation/station/microgex.html. Opublikowano: 13.02.2009. Dostęp: 25.02.2023.

Seedhouse E. Microgravity and Vision Impairments in Astronauts (SpringerBriefs in Space Development). 2015.

Farkas Á, Farkas G. Effects of Spaceflight on Human Skin. Skin Pharmacol Physiol. 2021;34(5):239-245. doi:10.1159/000515963

Grimm D, Schulz H, Krüger M, et al. The Fight against Cancer by Microgravity: The Multicellular Spheroid as a Metastasis Model. Int J Mol Sci. 2022;23(6):3073. Published 2022 Mar 12. doi:10.3390/ijms23063073

Bateman GA, Bateman AR. A perspective on spaceflight associated neuro-ocular syndrome causation secondary to elevated venous sinus pressure. NPJ Microgravity. 2022;8(1):3. Published 2022 Feb 15. doi:10.1038/s41526-022-00188-6

Moreno-Villanueva M, Wong M, Lu T, Zhang Y, Wu H. Interplay of space radiation and microgravity in DNA damage and DNA damage response. NPJ Microgravity. 2017;3:14. Published 2017 May 10. doi:10.1038/s41526-017-0019-7

Kaur J, Rickman D, Schoonen MA. (2016). Reactive Oxygen Species (ROS) generation by lunar simulants. Acta Astronautica, 122, 196–208. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.02.002

Reynolds RJ, Bukhtiyarov IV, Tikhonova GI, Day SM, Ushakov IB, Gorchakova TYU. Contrapositive logic suggests space radiation not having a strong impact on mortality of US astronauts and Soviet and Russian cosmonauts. Sci Rep. 2019;9(1):8583. Published 2019 Jul 4. doi:10.1038/s41598-019-44858-0

Çelen İ, Jayasinghe A, Doh JH, Sabanayagam CR. Transcriptomic Signature of the Simulated Microgravity Response in Caenorhabditis elegans and Comparison to Spaceflight Experiments. Cells. 2023;12(2):270. Published 2023 Jan 10. doi:10.3390/cells12020270

Topal U, Zamur C. Microgravity, Stem Cells, and Cancer: A New Hope for Cancer Treatment. Stem Cells Int. 2021;2021:5566872. Published 2021 Apr 29. doi:10.1155/2021/5566872

NASA. MSSF. Microgravity Simulation Support Facility. https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/microgravity_simulation_support_facility_mssf_one_pager.pdf. Opublikowano: 2017. Dostęp:26.02.2023.

Zhang Y, Richards JT, Hellein JL, et al. NASA's Ground-Based Microgravity Simulation Facility. Methods Mol Biol. 2022;2368:281-299. doi:10.1007/978-1-0716-1677-2_18

Herranz R, Anken R, Boonstra J, et al. Ground-based facilities for simulation of microgravity: organism-specific recommendations for their use, and recommended terminology. Astrobiology. 2013;13(1):1-17. doi:10.1089/ast.2012.0876

Wuest SL, Richard S, Kopp S, Grimm D, Egli M. Simulated microgravity: critical review on the use of random positioning machines for mammalian cell culture. Biomed Res Int. 2015;2015:971474. doi:10.1155/2015/971474

Zhang H, Wang Y, Zhang Z, et al. Alterations in the activity and sleep of Drosophila melanogaster under simulated microgravity. NPJ Microgravity. 2021;7(1):27. Published 2021 Jul 22. doi:10.1038/s41526-021-00157-5

Vashi A, Sreejith KR, Nguyen NT. Lab-on-a-Chip Technologies for Microgravity Simulation and Space Applications. Micromachines (Basel). 2022;14(1):116. Published 2022 Dec 31. doi:10.3390/mi14010116

Library of Integrated Network-based Cellular Signatures. NCI-H1703 - Cell Line (ID:50034). https://lincs.hms.harvard.edu/db/cells/50034/. Opublikowano: 25.04.2012. Dostęp: 23.02.2023.

Library of Integrated Network-based Cellular Signatures. NCI-H1703 - Cell Line (ID:50034). https://lincs.hms.harvard.edu/db/cells/50034/. Opiblikowano: 25.04.2012. Dostęp: 23.02.2023.

Fanini F, Bandini E, Plousiou M, et al. MicroRNA-16 Restores Sensitivity to Tyrosine Kinase Inhibitors and Outperforms MEK Inhibitors in KRAS-Mutated Non-Small Cell Lung Cancer. Int J Mol Sci. 2021;22(24):13357. Published 2021 Dec 12. doi:10.3390/ijms222413357

Chang D, Xu H, Guo Y, et al. Simulated microgravity alters the metastatic potential of a human lung adenocarcinoma cell line. In Vitro Cell Dev Biol Anim. 2013;49(3):170-177. doi:10.1007/s11626-013-9581-9

Dietz C, Infanger M, Romswinkel A, Strube F, Kraus A. Apoptosis Induction and Alteration of Cell Adherence in Human Lung Cancer Cells under Simulated Microgravity. Int J Mol Sci. 2019;20(14):3601. Published 2019 Jul 23. doi:10.3390/ijms20143601

Randal K. Gregg, Chapter Three - Implications of microgravity-induced cell signaling alterations upon cancer cell growth, invasiveness, metastatic potential, and control by host immunity, International Review of Cell and Molecular Biology, Academic Press, Volume 361, 2021.

Ahn CB, Lee JH, Han DG, et al. Simulated microgravity with floating environment promotes migration of non-small cell lung cancers. Sci Rep. 2019;9(1):14553. Published 2019 Oct 10. doi:10.1038/s41598-019-50736-6

Chung JH, Ahn CB, Son KH, Yi E, Son HS, Kim H-S, Lee SH. Simulated microgravity effects on nonsmall cell lung cancer cell proliferation and migration. Aerosp Med Hum Perform. 2017; 88(2):82–89.

Planchard D, Popat S, Kerr K, et al. Metastatic non-small cell lung cancer: ESMO Clinical Practice Guidelines for diagnosis, treatment and follow-up [published correction appears in Ann Oncol. 2019 May;30(5):863-870]. Ann Oncol. 2018;29(Suppl 4):iv192-iv237. doi:10.1093/annonc/mdy275

Arnold KM, Opdenaker LM, Flynn D, Sims-Mourtada J. Wound Healing and Cancer Stem Cells: Inflammation as a Driver of Treatment Resistance in Breast Cancer. Cancer Growth and Metastasis. 2015;8. doi:10.4137/CGM.S11286

Baghoum H, Alahmed H, Hachim M, Senok A, Jalaleddine N, Al Heialy S. Simulated Microgravity Influences Immunity-Related Biomarkers in Lung Cancer. Int J Mol Sci. 2022;24(1):155. Published 2022 Dec 21. doi:10.3390/ijms24010155

Toledo-Guzmán E. Mariel , Hernández Ibañez Miguel , Gómez-Gallegos A. Ángel and Ortiz-Sánchez Elizabeth*, ALDH as a Stem Cell Marker in Solid Tumors, Current Stem Cell Research & Therapy 2019; 14(5) . https://dx.doi.org/10.2174/1574888X13666180810120012

Yin, X., Zhang, BH., Zheng, SS. et al. Coexpression of gene Oct4 and Nanog initiates stem cell characteristics in hepatocellular carcinoma and promotes epithelial-mesenchymal transition through activation of Stat3/Snail signaling. J Hematol Oncol 8, 23 (2015). https://doi.org/10.1186/s13045-015-0119-3

Pisanu ME, Noto A, De Vitis C, et al. Lung cancer stem cell lose their stemness default state after exposure to microgravity. Biomed Res Int. 2014;2014:470253. doi:10.1155/2014/470253

Grimm D, Wehland M, Corydon TJ, Richter P, Prasad B, Bauer J, Egli M, Kopp S, Lebert M, Krüger M. The effects of microgravity on differentiation and cell growth in stem cells and cancer stem cells. Stem Cells Transl Med. 2020 Aug;9(8):882-894. doi: 10.1002/sctm.20-0084