ウイークスのHPからの転載です。
がん細胞は糖を代謝することは有名な話である。この性質を利用してPET検査が出てきた。
しかし、世界中の標準療法の医師たちは食事については、糖分を摂取することに制限をする気はないらしい。
日本でも同様であるが、ウイークスの住むシアトルでも同じだそうだ。
糖の代謝産物に乳酸があり、乳酸ががん細胞の細胞内にとどまることを防ぐために、がん細胞はナトリウムを乳酸と交換したがる。だから塩分制限も必要になってくる。
今回はこの乳酸を産生してしまうがん細胞の性質を活かして、新しい検査方法が開発されているという話である。
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糖とがん－そして新しい検査方法ー乳酸産生に関する検査方法
2013年3月17日にブラッドフォードS.週博士によって掲示される
ウイークス医師のコメント：過去12年の間、我々は癌細胞をより弱くする生物学的強化している薬剤としてインシュリンを利用するInsulin強化療法を提供した。我々は、癌細胞が砂糖…だけを食べることを知っている。そして、それがPETCTがCTよりも有用であることを示している理由である。
PETではどこで糖が代謝されているかを見せてくれる。しかしいまだに、あなたのがん専門医はあなたに抗癌剤治療後にクッキー？キャンディ？Sugar…を食べてもいいと言いませんか？
現在、糖質代謝を利用している新しい診断方法が提供されている！
新しい癌診断技術デビュー
2013年3月14日－がん細胞は糖を分解して、正常な細胞より非常に高い率で、代謝的な酸性乳酸塩を作り出す。この現象は、癌がそこにいるという間違いない証拠を提供するだろう、そしてそれはPETスキャンのような診断法を経て、新しい癌治療方法を提供する可能性がある。
今、CentroデEstudios Cientificos（CECs）の一連のチリの研究者は、カーネギーのウルフ・フローマーと協同で、リアルタイムに個々の細胞で乳酸塩の濃度を検出することができる分子センサーを考案した。
この進歩の以前には、他のいかなる測定方法も、単細胞レベルでリアルタイムに乳酸塩を非侵襲的に検出することができなかった。効果（開いたアクセスjournalPLOS ONEで発表される）は、癌が打つとき、異なるタイプの細胞がどのようにゆがんでいるようになるかについて理解することにとっての利益である。
「最後の10年にわたって、カーネギーのフローマー研究室は、フォースターResonance Energy TransferまたはFRET（単純な蛍光体色変化で個々の細胞で糖の濃度と流れを判断するセンサ）の使用を創始した。これは、細胞代謝の分野に革命をもたらし始めた」と、CECs研究者アレハンドロ・サンマルティン（論文の筆頭著者）が説明した。「同じ基礎をなす身体的な原理を使用して、砂糖センサの影響を受けて、我々は今は、転写因子に基づく新型のセンサを発明した。通常バクテリアがその環境に適応するのを助ける分子は、今は、我々のために乳酸塩を測定することをさせられた。」
乳酸塩は、正常な代謝過程の一部として細胞と内部の細胞の間を往復する。しかし、癌に加えて、それは炎症、細胞に対する不十分な酸素供給、組織に対する制限された血液供給と神経学的低下を含む疾患にも関係している。
「乳酸塩を測定する標準方法は酵素の間で反応に基づく。そして、それは複雑細胞混合物で多数の細胞を必要とする」と、フェリペ・バロシュ（プロジェクトの腱）が説明した。「これは、ガンとき、細胞の型がどれくらい異なるふりをしているか確認することを難しいか不可能にさえする。我々の新しい技術によって我々は個々の細胞の代謝を測定することができる。そして、異なる癌がどのように作動するか理解するために我々に新しいウインドウを与える。この技術の重要な長所は、それが高処理のフォーマットで、必要に応じて薬剤開発のために使われる可能性があるということである。」
本研究は、乳酸塩センサを生産して、挿入する手段として、細菌転写制御因子 ― DNAからmRNAまで遺伝情報の流れを制御するために特異的DNA配列と結合するタンパク質 ― を使用した。彼らは、3つの細胞型でセンサをオンにした：正常な脳細胞、腫瘍脳細胞とヒト胚細胞。センサは乳酸塩の非常に低い濃度を定量化することが可能だった。そして、先例のない感度と検出の範囲を提供した。
研究者は、腫瘍細胞が非腫瘍細胞より3-5回すばやく乳酸塩を生産するとわかった。「癌細胞の乳酸塩産生の高い率は、癌代謝の特質である」と、フローマーが述べた。「この結果は、癌の異なる型で、そして、この災いと戦うことの新しい技術を開発するために癌代謝のニュアンスを理解することへの道を開く。」
加えて、バイオセンサーは古い論争を解析すると約束する。若干の研究がブドウ糖が燃料を脳に提供することを示唆する間、最近の研究は乳酸塩が神経単位でエネルギー代謝を供給するという証拠を提供した。乳酸塩の酸化は、ATP ― 細胞でエネルギーを伝える補酵素 ― の大量を生じるのに用いられることができる。前に開発されたブドウ糖センサと共に、チームがそうであるバロシュとフローマーは、それらの新しいセンサを用いて解析することについて、この謎を刺激した。近年では、2つの研究室の間の協同は、単細胞でブドウ糖の消費の率を測定することができる第1の方法の特許権をとることにつながった。
学術誌参照：
- アレハンドロ・サンマルティン、セバスチャンCeballo、イヴァンRuminot、ロドリゴLerchundi、オオカミB.フローマー、ルーイ・フェリペ・バロシュ。一つの癌Cells.PLoS 1（2013）でヴァールブルク効果を検出する遺伝的にコード化された焦燥乳酸塩センサとその使用法;8つの(2)：e57712 DOI：10.1371/journal.pone.0057712
Sugar and Cancer – tell tale signs
Posted by Bradford S. Weeks, MD on March 17, 2013
Dr. Weeks’ Comment: For the past 12 years, we have offered Insulin potentiation therapy which utilizes insulin as a biologic potentiating agent to make cancer cells more vulnerable to cancer. We all know that cancer cells eat exclusively sugar… and that is why PET CT is more telling than just CT since PET shows where sugar was metabolized yet what does your oncologist offer you after chemotherapy? Cookies? Candy? Sugar…. Now, new diagnostic cancer options utilizing sugar metabolism are being offered!
New Cancer Diagnostic Technique Debuts
Mar. 14, 2013 — Cancer cells break down sugars and produce the metabolic acid lactate at a much higher rate than normal cells. This phenomenon provides a telltale sign that cancer is present, via diagnostics such as PET scans, and possibly offers an avenue for novel cancer therapies. Now a team of Chilean researchers at The Centro de Estudios Científicos (CECs), with the collaboration of Carnegie’s Wolf Frommer, has devised a molecular sensor that can detect levels of lactate in individual cells in real time.
Prior to this advance, no other measurement method could non-invasively detect lactate in real time at the single-cell level. The work, published in the open access journalPLOS ONE, is a boon to understanding how different types of cells go awry when cancer hits.
“Over the last decade, the Frommer lab at Carnegie has pioneered the use of Förster Resonance Energy Transfer, or FRET, sensors to measure the concentration and flow of sugars in individual cells with a simple fluorescent color change. This has started to revolutionize the field of cell metabolism,” explained CECs researcher Alejandro San Martín, lead author of the article. “Using the same underlying physical principle and inspired by the sugar sensors, we have now invented a new type of sensor based on a transcriptional factor. A molecule that normally helps bacteria to adapt to its environment has now been tricked into measuring lactate for us.”
Lactate shuttles between cells and inside cells as part of the normal metabolic process. But it is also involved in diseases that include inflammation, inadequate oxygen supply to cells, restricted blood supply to tissues, and neurological degradation, in addition to cancer.
“Standard methods to measure lactate are based on reactions among enzymes, which require a large number of cells in complex cell mixtures,” explained Felipe Barros, leader of the project. “This makes it difficult or even impossible to see how different types of cells are acting when cancerous. Our new technique lets us measure the metabolism of individual cells, giving us a new window for understanding how different cancers operate. An important advantage of this technique is that it may be used in high-throughput format, as required for drug development.”
This work used a bacterial transcription factor — a protein that binds to specific DNA sequences to control the flow of genetic information from DNA to mRNA — as a means to produce and insert the lactate sensor. They turned the sensor on in three cell types: normal brain cells, tumor brain cells, and human embryonic cells. The sensor was able to quantify very low concentrations of lactate, providing an unprecedented sensitivity and range of detection.
The researchers found that the tumor cells produced lactate 3-5 times faster than the non-tumor cells. “The high rate of lactate production in the cancer cell is the hallmark of cancer metabolism,” remarked Frommer. “This result paves the way for understanding the nuances of cancer metabolism in different types of cancer and for developing new techniques for combatting this scourge.”
In addition, the biosensors promise to solve an old controversy. While some studies have suggested the glucose provides the fuel for the brain, recent research has provided evidence that lactate feeds energy metabolism in neurons. Oxidation of lactate can be used to produce large amount of ATP — the coenzyme that carries energy in cells. The Barros and Frommer teams are excited about the solving this enigma with the use of their new sensors, together with the previously developed glucose sensors. Recently, a collaboration between the two labs led to the patenting of the first method capable of measuring the rate of glucose consumption in single cells.
Journal Reference:
- Alejandro San Martín, Sebastián Ceballo, Iván Ruminot, Rodrigo Lerchundi, Wolf B. Frommer, Luis Felipe Barros. A Genetically Encoded FRET Lactate Sensor and Its Use To Detect the Warburg Effect in Single Cancer Cells.PLoS ONE, 2013; 8 (2): e57712 DOI:10.1371/journal.pone.0057712