Cyclic Hypoxia

Pulsed Hypoxia

调查微观肿瘤中氧合状态和缺氧发展的研究很少。本研究的目的是测量微观黑色素瘤异种移植物的缺氧程度，并寻找导致这些肿瘤缺氧发展的可能机制。方法： 在背窗室或作为侧腹肿瘤生长的A-07，D-12，R-18和U-25人黑色素瘤异种移植物被用作临床前肿瘤模型。活体显微镜评估血管网络的形态和功能参数，定量PCR评估血管生成相关基因的表达。以CD31、αSMA和匹莫硝唑为标志物，通过免疫组化评估显微镜肿瘤的微血管、周细胞和缺氧程度，评估宏观侧腹肿瘤的放射生物学缺氧程度。

结果： 宏观R-18和U-25肿瘤表现出广泛的缺氧，而宏观A-07和D-12肿瘤的缺氧较少。R-18和U-25肿瘤在达到直径2-3mm之前发展为缺氧区域，而相似大小的A-07和D-12肿瘤没有显示缺氧区域。

缺氧区域的发展不是由低血管密度引起的，而是血管功能不足的结果。血管功能不足不是由低血管直径或长血管节段引起的，而是与血管周细胞覆盖不良有关。结论： 四个研究的黑色素瘤模型中有两个在微观肿瘤中出现缺氧区域，缺氧的发展与血管周细胞覆盖不良和血管功能不足有关。

Jon-Vidar Gaustad, Trude G Simonsen. J Transl Med. 2017 Nov 28;15(1):241.

该研究的目的是证明使用标准荧光显微镜进行活体显微镜测定的性能和可能的应用。利用透照记录血管形态学图像，并制作血管掩模以量化血管密度、血管直径、血管段长度和血管曲折度。静脉注射荧光标记物后记录首过成像电影，并用于研究血管功能。活体显微镜检查用于研究肿瘤生长和血管形成、肿瘤血管形态和功能、肿瘤相关淋巴管以及急性周期性缺氧和抗血管生成治疗的血管效应。该测定对血管形态和功能的肿瘤系差异敏感，并检测到肿瘤诱导的淋巴扩张。急性周期性缺氧诱导血管生成并增加小直径血管密度和血液供应时间，而抗血管生成治疗选择性切除小直径血管，减少供血时间并诱导缺氧。所提出的测定代表了使用共聚焦和多光子显微镜的活体显微镜测定的有用且经济实惠的替代方案。

Jon-Vidar Gaustad 1, Trude G Simonsen 2. Intravital microscopy of tumor vessel morphology and function using a standard fluorescence microscope. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2021 Sep;48(10):3089-3100.

舒尼替尼治疗不会改善血液供应，但会诱发人类黑色素瘤异种移植物的缺氧。Gaustad JV, Simonsen TG, BMC Cancer 4.638 2区  2012 Sep 4

缺氧处理增加了小直径血管的数量并增加了BST，而舒尼替尼治疗选择性地去除了小直径血管并降低了BST。舒尼替尼治疗也诱导缺氧，因为增加的血流速度不足以补偿肿瘤血管的损失，并且可能是因为降低的BST减少了血瘤氧交换的可用时间。

正常组织和肿瘤组织中的血管网络显示不同长度的血管通路，如果短通路扩大，血流可能绕过长通路并形成功能性分流[34]。功能性分流可能剥夺长通路供应的区域的氧气和营养物质，并通过血管通讯和结构适应在正常组织中被阻止[35，36]。在肿瘤组织中，经常观察到功能性分流，可能是因为血管连通受损[37]。Pries等人提出，抗血管生成治疗可以恢复血管通讯并防止功能分流，并通过数学模拟证明这可能会增加肿瘤氧合[35]。

血管化人肿瘤微转移的U-25-GFP异种移植模型可能由于血管网络中两种明显不同的形态异常而产生缺氧区域：对血流的高阻力（即，高血管曲折度和高血管段长度）或低血管密度.通过首过成像电影和血管图谱确定肿瘤供血时间和血管网络的形态参数。通过使用匹莫硝唑作为缺氧标志物，从成像组织的免疫组织化学制剂中评估肿瘤缺氧。结果：近一半的肿瘤在达到直径2至3毫米时发展为缺氧区域。多发缺氧病灶肿瘤生长速率低、血流速度慢、血管曲折度高、血管段长、血管密度高，缺氧区单一肿瘤生长速度高、血流速度快、血管曲折度低、血管段长低、血管密度低。具有缺氧区域的肿瘤与没有缺氧区域的肿瘤在任何单个参数上都没有差异。Development of hypoxia in a preclinical model of tumor micrometastases

Trude G Simonsen. Int J Radiat Oncol Biol Phys.2010 Mar 1;76(3):879-88.

供应不足的肿瘤显示出微血管网络，在血管曲折度、直径和密度方面与供应充足的肿瘤没有差异。相反，供应不足的肿瘤的SAs比供应充足的肿瘤的SAs更曲折，直径更小，导致下游肿瘤血管中的血浆速度较低。因此，A-07-GFP和D-12-GFP肿瘤的血液供应由SA的几何阻力决定，而不是由肿瘤微血管系统的几何阻力或血管密度决定。本研究表明，SAs可能是肿瘤生理干预的重要靶点，在寻找改变肿瘤血液供应的新治疗策略时，关注肿瘤SAs而不是肿瘤微脉管系统可能是有益的。

Jon-Vidar Gaustad 1, Trude G Simonsen. Blood supply in melanoma xenografts is governed by the morphology of the supplying arteries. Neoplasia. 2009 Mar;11(3):277-85.

SA中对血流的高几何阻力可能会显着影响肿瘤的生理微环境。如此处所示，具有曲折和狭窄SA的肿瘤在下游肿瘤血管中表现出降低的血浆速度，因此BST值增强。具有高BST值的肿瘤可能具有特别差的整体氧气供应，此外，p2分布可能与BST值较低的分布不同[14，17]。因此，理论和实验研究表明，肿瘤中的低血流速可能导致微血管系统动脉末端的氧气提取增强，红细胞的快速氧耗竭，陡峭的纵向Po2梯度，以及大部分血管段氧合血红蛋白饱和度接近于零[24-28]。因此，具有对血流具有高几何阻力的SA的肿瘤可能特别具有侵袭性和对治疗的抵抗力。

已经使用了几种策略来改善肿瘤的氧合，包括使用化学或物理制剂增加肿瘤血流量，使用化学或生理方法来增加血液的携氧能力，以及使用抗血管生成药物使肿瘤微血管系统正常化[29-32].这些策略的共同特征是它们都集中在肿瘤内的微血管上，而不是恶性组织周围正常组织中的肿瘤SA。这里报道的研究表明，在寻找改善血液供应的治疗策略时，关注肿瘤SAs而不是肿瘤微脉管系统可能是有益的，因此，肿瘤的氧合状态。

实体瘤中的异质血管分布和血流产生低氧分压或缺氧区域。缺氧作为一种应激源，通过增加基因组不稳定性、改变基因表达和肿瘤的代谢微环境来延续恶性表型。异二聚体转录因子，缺氧诱导因子HIF-1（缺氧诱导因子-1），通过刺激大量缺氧相关基因的表达，使肿瘤细胞适应其微环境。缺氧已被证明通过使缺氧区域内的细胞循环更慢，并为细胞凋亡敏感性降低的细胞提供选择机制来降低化疗效果。由于药物在实体瘤中的渗透有限，缺氧区域（尤其是那些距离血管最远的区域）通常受到保护，免受化疗药物的细胞毒性作用，从而进一步降低药物疗效。鉴于肿瘤缺氧对肿瘤进展和耐药性的贡献，许多缺氧靶向疗法正在开发中。这些疗法的范围从缺氧细胞毒素（如替拉帕胺和前药AQ4N）到专性厌氧细菌孢子的使用。

活的缺氧细胞的存在可能反映了微环境中细胞死亡调节引起的缺氧耐受性的发展。这种获得性特征已经在克隆选择的基础上得到了解释——缺氧微环境选择能够在没有正常氧气可用性的情况下存活的细胞。然而，实体瘤中缺氧的持续性和频率提出了第二个潜在的解释。我们认为缺氧的稳定微区可能在肿瘤生长中发挥积极作用。虽然缺氧抑制细胞增殖，并且在肿瘤细胞中最终会诱导细胞死亡，但缺氧也提供血管生成和转移信号。因此，缺氧耐受性的发展将允许在没有氧气的情况下延长生存期并产生持续的血管生成信号。我们将讨论缺氧耐受性的概念，并回顾癌细胞用于获得这种表型的机制。缺氧耐受的概念对当前和未来的治疗方法具有重要意义。大多数对抗缺氧的治疗工作都集中在针对缺氧本身的存在上。我们的假设预测，针对对缺氧的生物学反应和导致缺氧耐受的途径也可能是有吸引力的治疗策略。

动脉内化疗（IAC）的拟议优势是基于局部剂量递增到肿瘤和全身药物可用性降低的前提。缺乏客观的药代动力学数据来证实IAC在自然发生的泌尿生殖系统肿瘤的狗中的优势。本研究的目的是确定与静脉注射途径相比，泌尿生殖系统肿瘤中的IAC给药是否会导致全身药物暴露减少。研究表明，在 IAC 递送卡铂和米托蒽醌后，可能会达到某些较低的血清值。这些化疗药物可能具有首选的药理学特征，用于泌尿生殖系统肿瘤患者的区域化疗递送。Can J Vet Res. 2019 Jul;83(3):187-196.

卡铂具有顺铂的一些治疗优势，但没有顺铂所经历的剂量限制性神经毒性和肾毒性的显着发生率。然而，其使用与剂量限制性骨髓抑制有关。卡铂以 3 种不同的物种存在于血液中。这些是总铂和2种未结合的物种，卡铂本身和脱羧含铂的降解产物。用于测定未结合物质的两种主要方法是无焰原子吸收分光光度法和高效液相色谱法。

与没有低灌注的静脉内和IA输送相比，利用动脉内短暂性脑灌注（IA-TCH）技术的递送优化有助于实现最高的峰值和终脑药物浓度。此外，我们观察到当通过IA-TCH方法递送米托蒽醌时，米托蒽醌的显着肿瘤特异性摄取。未观察到米托蒽醌的IA-TCH递送的不良影响。IA-TCH方法被证明是一种安全耐受且可行的策略，用于将米托蒽醌递送到测试的胶质瘤模型中的肿瘤。

J Neurooncol. 2016 Dec;130(3):449-454.

抗癌药物的肿瘤内（i.t.）递送旨在控制肿瘤生长，从而为肝肿瘤提供姑息治疗。米托蒽醌是局部或区域给药的良好候选者，因为（1）其代谢主要是肝脏，（2）对于多个实体瘤具有陡峭的剂量反应曲线，以及（3）其在组织中的固定在外渗后持续没有囊泡作用。骨髓抑制是静脉注射米托蒽醌在1.5mg/kg（最大耐受剂量，MTD）的限制毒性，但I.T.和i.a.h.给药均未导致相同剂量的血液学毒性。

动脉内米托蒽醌/紫杉醇用于与宫颈癌患者慢性淋巴水肿（Stewart-Treves 综合征）相关的下肢血管肉瘤。Stewart-Treves 综合征患者的动脉内米托蒽醌和紫杉醇：通过基于离体 ATP 的化学敏感性测定选择化疗

瘤内胸苷酸合酶（TS）定量作为结直肠肝转移患者肝动脉输注（HAI）化疗的预测参数的价值。使用定量RT-PCR扩增方法测定29个肿瘤样品中的相对TS mRNA水平。中位表达水平为3.0 x 10（-3）（无单位），并且在135倍的范围内肿瘤之间差异很大。与TS水平高的患者相比，低TS水平的患者反应可能性高4.1倍（P <0.03）。我们的结果表明，TS定量是肿瘤对HAI治疗反应的有价值的预测标志物。

Cancer Lett. 1997 Sep 16;118(1):29-35.

区域化疗提供了一种提高无效全身化疗局部疗效的方法。药物的区域浓度优势与其全身清除率成正比，与通过器官的血流量成反比。区域输注阿霉素、顺铂、甲氨蝶呤和丝裂霉素C的浓度优势很小。由于其高体间隙，氟化嘧啶氟尿苷（FUDR）和5-氟尿嘧啶（5-FU）与其系统应用相比具有高区域浓度优势，系数>50。分离肝灌注（ILP）期间的动力学研究证明，在5-FU浓度>10（-4）M时，肝脏的提取能力是饱和的。在ILP的封闭系统中，肝脏每分钟去除11.2 + / - 1.9mg 5-FU。在肝动脉输注期间，5-FU和米托蒽醌的提取总是不完整的。因此，我们可以在体循环中检测到大量这些药物。我们对5-FU的调查表明，在较高剂量和高流速下可能有效，至少在单个病例中，即使在区域应用期间也可以获得血清毒性水平。将来，在用于结直肠肝转移的肝动脉输注的情况下，药代动力学测量将使抗肿瘤药物的剂量和流速的调整能够受益于其区域浓度优势和同样有效的全身水平。

肿瘤内缺氧的空间分布具有明显的异质性，并且经常随时间变化，例如在放疗过程中。氧合状态的实质性变化可能发生在几个细胞层的距离内，这解释了目前使用的分子成像技术无法充分评估这一关键性状。由于肿瘤缺氧对临床决策的可能重要性，因此对分子工具的需求很大，这些工具可以提供单细胞水平的必要分辨率。