14-06-2013ANW Module 3 LevenMw. Van de BovenkampSamiir Yusuf, Roel van Herten,Stan Hendrix, Jules JanssenV4A en V4B

Oplossing voor een Verschrikkelijke Ziekte?

InhoudsopgaveInleiding..................................................................................................................................................2

Kanker................................................................................................................................................2

Erfelijkheid van kanker.......................................................................................................................2

Behandeling van kanker.....................................................................................................................3

Effectiever geneesmiddel?.................................................................................................................3

Methode.................................................................................................................................................6

Benodigdheden..................................................................................................................................6

Aanpak...............................................................................................................................................6

Bibliografie.............................................................................................................................................9

1

Inleiding

KankerKanker ontstaat door een fout in de celdeling, waarbij de desbetreffende cel niet gedood wordt en zich blijft vermenigvuldigen, waardoor er een grote hoop ‘slechte cellen’ ontstaat, deze worden kankercellen genoemd. Ook kan zo’n ophoping ontstaan door een mutatie van een cel. Een mutatie is een verandering in het erfelijk materiaal. Hierdoor kan de eigenschap van zelfdoding in een cel verwijderd worden, waardoor de cel zich blijft vermenigvuldigen ondanks zijn drukke omgeving. Zo’n ophoping noemt men een tumor. Je hebt twee verschillende tumoren: goedaardige en kwaadaardige. Een goedaardige kanker houdt in dat de tumor op een plek blijft en zich niet uitzaait over de rest van het lichaam. Een kwaadaardige kanker zorgt daar in tegen voor metastase, uitzaaiing van kankercellen door bloed- en lymfevaten. Hierdoor kunnen er overal in het lichaam tumors ontstaan, waardoor deze vorm van kanker moeilijk te bevechten is. Men spreekt pas van kanker als iemand een kwaadaardig tumor ‘bezit’. Ook wordt er nog onderscheid gemaakt tussen verschillende vormen van kanker, bijvoorbeeld: Een tumor dat zich in het prostaat genesteld heeft noemen we prostaatkanker en kanker dat voorkomt op de huid weer huidkanker. Deze kunnen worden ingedeeld bij goedaardige kanker of bij kwaadaardige kanker. Meestal is huidkanker goedaardig en prostaatkanker kwaadaardig. Je hebt het carcinoom, uitgaande van epitheel en je hebt het sarcoom, uitgaande van bindweefsel, botten en spieren. Manieren waardoor het risico op kanker vergroot word zijn bijvoorbeeld asbest, tabak, alcohol, röntgenstraling en bepaalde virussen.Asbest: HMGB1 is een molecuul dat afgegeven wordt door lichaamscellen die met asbest in aanraking zijn geweest. Dit molecuul zorgt voor ontstekingsreacties die kunnen leiden tot het ontstaan van een tumor. (Yang, 2010)Hoe tabak kanker veroorzaakt is nog niet helemaal duidelijk. Hetzelfde geldt voor alcohol en bepaalde virussen.Röntgenstraling kan mutaties afdwingen in cellen. Dit kan weer de oorzaak zijn van het ontstaan van tumors.Kanker kan op verschillende manieren bestreden worden, namelijk door bij een operatie kankerweefsel te verwijderen of het te doden d.m.v. bestraling en chemotherapie, waarbij medicijnen de celgroei remmen. (Hordijk, 2008)

Erfelijkheid van kankerZou zo’n kwaadaardige kanker dan ook genetisch overgeërfd kunnen zijn? Het antwoord hierop is nee, maar ook weer wel. Kanker wordt niet genetisch bepaald, omdat het door een mutatie van een cel ontstaat. Wel kan het zo zijn dat deze mutatie wordt overgegeven van ouder op kind waardoor het kind een grotere kans heeft op kwaadaardige kanker. Of deze kwaadaardige kanker zich daadwerkelijk ontwikkeld en wanneer weet men niet, maar door het nagaan van een familieboom kunnen doctoren vaak al vaststellen of hun patiënt een vergrote kans heeft op deze kwaal. (Kapma, Leschot, & Aal, 2005)Van alle vormen van kanker worden er ongeveer 5 ‘veroorzaakt’ door sterk genetische aanlegfactoren. Met behulp van DNA-diagnostiek kan nu in veel van deze families bij patiënten een oorzakelijke mutatie in een van de betrokken genen worden aangetoond. DNA-diagnostiek is een onderzoekstechniek waarmee op basis van DNA-materiaal de identiteit van een individu (mens, dier of plant), de mate van verwantschap tussen individuen, kan worden vastgesteld of afwijkingen in het DNA kunnen worden opgespoord, bijvoorbeeld een mutatie die kan leiden tot kanker. Erfelijkheidsonderzoek begint met het verzamelen van medische rapporten over aangedane

2

familieleden. Als DNA-diagnostiek in aanmerking komt, wordt bij voorkeur gestart met onderzoek van familieleden die kanker hebben of gehad hebben. Er is steeds de mogelijkheid dat een patiënte sporadische (niet-erfelijke) kanker heeft in een familie met een erfelijk tumorsyndroom. Nadat bij een patiënt een oorzakelijke mutatie is gevonden, worden vervolganalysen bij verwanten in hetzelfde laboratorium verricht. Dit doen ze dan door het DNA van verschillende familieleden naast elkaar te leggen en te zoeken naar overeenkomende afwijkingen in het DNA. Zodra er een overeenkomende afwijking is gevonden, kan er met zekerheid worden gezegd dat de onderzochte patiënt in aanmerking komt met kanker. Het onderzoeken in de context van de familie is om medisch-technische redenen van essentieel belang voor de kwaliteit van de erfelijkheidsdiagnostiek en de daaraan gekoppelde zorg voor individuen met een mogelijke erfelijke aanleg voor het krijgen van kanker.Er zijn ook psychosociale invloeden: Zowel voor gezonde individuen, die geconfronteerd werden met een hoge kans op kanker, als patiënt die al kanker had, kan DNA-diagnostiek ingrijpende gevolgen hebben, daarom is voorlichting en begeleiding van belang. (Menko, Ligtenberg, Brouwer, Hahn, & Ausems, 2007)

Behandeling van kankerDoor middel van DNA-diagnostiek kunnen artsen zeggen of een patiënt in aanmerking kan komen met kanker, maar wat voor toegevoegde waarde heeft dit, anders dan de patiënt angst inboezemen of gerust stellen? Hoe wordt kanker bestreden en zijn er nog efficiëntere manieren om tumorcellen/kankercellen te bevechten? Kanker wordt tegenwoordig behandelt door een aantal methodes meestal in combinatie met elkaar. De methodes zijn als volgt: Chemotherapie, hyperthermie, operatie, stamceltransplantatie, hormonale therapie, immunotherapie en radiotherapie. (zie tabel 1)Behandeling met cisplatine kan ook. Deze stof vernietigd de kankercellen, maar ook alle andere gezonde cellen. Hierdoor kan er niet veel cisplatine gebruikt worden (KWF Kankerbestrijding Behandeling).Welke van deze behandelingen is nou het meest effectief? Dat hangt meestal af van de plaats waar de tumor zit. Maar is er dan geen algemene en effectievere manier die bijna geen bijwerkingen of ongewenste gevolgen heeft?

Effectiever geneesmiddel?Onderzoekers kwamen bij toeval op cisplatine, een stof die kankercellen vernietigd, maar ook gezonde cellen. Cisplatine is een reactieve platinaverbinding die succesvol gebruikt wordt als geneesmiddel tegen verschillende vormen van kanker. De werking is gebaseerd op bindingen aan het DNA in de celkern. De gevormde platina-DNA adducten, een reactieproduct dat ontstaat door de directe additie (chemische reactie waarbij uit twee of meerdere moleculen één nieuw molecuul wordt gevormd) van twee of meerdere verschillende moleculen, interfereren met de replicatie en transcriptie van het DNA, hetgeen met name in snelgroeiende kankercellen leidt tot apoptose en daarmee tot regressie (teruggang naar vroeger stadium) van de tumor. Dus cisplatine remt en doodt kankercellen door het DNA aan te vallen. Helaas gaat chemotherapie met platinaverbindingen gepaard met schadelijke bijwerkingen omdat ook de gezonde lichaamscellen er gevoelig voor zijn. Onderzoekers hebben zich lang vroegen afgevraagd of er een manier was om dit te voorkomen. Ze deden proeven over en over totdat ze toevallig op iets merkwaardigs uitkwamen: In onderzoek naar het mechanisme van membraanpassage van cisplatine, werd cisplatine ingesloten in liposomen, om vervolgens de membraanpermeatie ervan te kunnen meten. In het standaardprotocol voor het maken van liposomen zitten een aantal vries-dooi stappen om de suspensie van liposomen homogeen te maken. Dr. Koert Burger en Ing. Rutger Staffhorst (2002, Department Biochemistry of Membranes, Center for Biomembranes and Lipid Enzymology, Institute of Biomembranes, Utrecht

3

University, Utrecht, The Netherlands.) ontdekten dat er tijdens de vries-dooi stappen deeltjes precipiteerden wanneer het negatief geladen fosfolipide fosfatidylserine (PS) in de membranen werd ingebouwd. Daarop verschoof de focus van het onderzoek naar deze nieuwe zelfopbouwende deeltjes, de cisplatine nanocapsules, die een aantal unieke eigenschappen bleken te bezitten. In cytotoxiciteitstesten bleek dat de cisplatine nanocapsules zo'n 100 keer effectiever waren in het doden van humane carcinomacellen dan vrij cisplatine. (zie afb. 1) De cisplatine nanocapsules zijn daarmee potentieel een veelbelovende formulering voor de behandeling van kanker. (de Kroon & Hamelers, 2007) We weten nu dat de cisplatine nanocapsules beter zijn dan gewoon cisplatine. In dit onderzoek gaan we onderzoeken of cisplatine nanocapsules beter zijn dan chemotherapie of bestraling.Onze onderzoekvraag luidt dan als volgt:Wat is de effectiviteit van cisplatine nanocapsules in vergelijking tot chemotherapie of bestraling? We vermoeden dat de cisplatine nanocapsules inderdaad effectiever zijn dan chemotherapie en bestraling. Wij denken dit, omdat deze vorm van bestrijding het DNA in de cel zelf aanvalt, waardoor de cel van binnenuit word uitgeschakeld. Ook vallen de cisplatine nanocapsules de replicatie en transcriptie van een cel aan, waardoor de cel zich niet kan delen. Dit is veel effectiever dan alleen de cellen remmen of de cellen doden d.m.v. straling en draagt een kleiner risico voor omliggende gezonde cellen.

Afbeelding 1: De sterke toename in cytoxiciteit van cisplatine nanocapsules t.o.v. vrij cisplatine zoals gemeten in celkweek van IGROV-1 humane ovariumcarcinoma cellen. De inzet rechtsboven toont een 'negative stain' elektronenmicroscopische opname van een nanocapsule. (de Kroon & Hamelers, 2007)

4

Tabel 1Chemotherapie Hierbij wordt gebruik gemaakt van cytostatica.

Dit zijn medicijnen die cellen doden of de celdeling remmen. Na toediening komen de cytostatica in het bloed terecht. Via het bloed worden zij door het hele lichaam verspreid en kunnen zij vrijwel overal in het lichaam kankercellen bereiken.

Hyperthermie Het ‘zieke’ gebied met de kankercellen wordt verwarmd tot 40 á 45 graden Celsius. Hierdoor worden de kankercellen verzwakt of zelfs gedood. ‘Gezonde’ cellen zijn tegen deze temperatuur bestand. Vaak in combinatie met chemotherapie of bestraling.

Operatie De kankercellen en omgevende ‘gezonde’ cellen worden operatief verwijderd door een chirurg. Meestal alleen effectief tegen goedaardige kanker.

Stamceltransplantatie Gezonde stamcellen na een behandeling zoals chemotherapie of radiotherapie toegevoegd. Deze behandelingen vernietigen naast zieke cellen ook gezonde cellen in de beenmergholte. Daarom worden ná een behandeling met hoge dosis chemotherapie en/of radiotherapie gezonde, goedwerkende stamcellen aan de patiënt toegediend. Dit kunnen stamcellen van de patiënt zelf zijn of van een donor.

Hormonale therapie Er worden hormonen toegevoegd aan het lichaam om de hormoonaanmaak door het lichaam zelf te remmen. Vooral effectief bij kanker in geslachtsorganen.

Immunotherapie Een behandeling met medicijnen die een afweerreactie tegen kankercellen stimuleert. Monoklonale antilichamen zijn medicijnen die de groei van kankercellen op verschillende manieren kunnen remmen. Hierdoor kunnen andere behandelingen makkelijker worden gemaakt. Vaak wordt immunotherapie in combinatie met operatie, radiotherapie en/of chemotherapie gedaan.

Radiotherapie (bestraling) De behandeling van kanker door middel van straling. Het doel is de kankercellen te doden door ze te bestralen, terwijl de gezonde cellen zoveel mogelijk gespaard blijven.

5

MethodeIn dit experiment gaan we onderzoeken of cisplatine in nanocapsules effectiever werkt tegen de bestrijding van kanker dan de traditionele methodes. We gaan dit doen aan de hand van metingen. Bij iedere rat in dit experiment is vast gesteld dat het prostaatkanker heeft. De delingssnelheid en differentiatiegraad van deze tumor is bij de ratten vrijwel hetzelfde.

Benodigdheden- Een groep van 40 identiek gefokte ratten met prostaatkanker- Vier kooien met een deur en luikje- Vier verschillende bakjes- Voer voor tijdens het onderzoek- Stift, papier en plakband- Radiotherapie buis en lampen- Timer- Voeding - 10 infusen - Cytostatica voor in de infusen- Cisplatine in nanocapsules- 90 reageerbuisjes- Een naald + injectiespuit- Waterkoker en spatel- 2 liter kleurstof- rekjes voor de reageerbuisjes- cytostatica en medisch plakband

AanpakEr moet eerst voor gezorgd worden dat de ratten eerlijk verdeeld worden over 4 verschillende kooien van 5m bij 5m.

1. Leg de vier kooien vlak langs elkaar. Zorg ervoor dat de deur van de kooien open staat. 2. Stop in elk van de vier bakken 10 ratten.3. Nummer de kooien van 1t/m4 door een blaadje met het representatieve cijfer op de kooien

te plakken met plakband.4. Neem nu van elke rat bloed af d.m.v. de injectiespuit te injecteren in de rat. Trek daarna de

pomp uit totdat de spuit voor een achtste deel gevuld is. 5. Stop het bloed in een reageerbuisje, nummer deze met het nummer van de bak waar de rat

uitkomt en zet deze in het rekje met het bijbehorende nummer. 6. Herhaal dit voor alle 40 ratten.

6

Deze stappen worden voor het behandelen uitgevoerd en na de aangegeven periodes van het onderzoek worden de metingen opnieuw uitgevoerd. Dit word als volgt gedaan:

1. De ratten moeten een voor een uit hun kooi gehaald worden. Doe met een hand het kooitje open en met je andere pak je een rat stevig vast. Zodra je de rat uit de kooi hebt gehaald word het deurtje weer gesloten (zorg ervoor dat er geen ratten ontsnappen).

2. Leg de rat plat op tafel en hou hem met een hand onderdruk. Pak de naald en druk de pomp volledig in. Zet de punt van de naald onderaan de rug van de rat en druk die rustig naar binnen in. Zodra de punt van de naald 0,5 cm naar binnen is gedrongen trek je aan de pomp totdat die voor een achtste deel vol is. Trek daarna de naald er weer voorzichtig uit.Stop de rat weer terug in zijn kooi en maak het deurtje weer dicht.

3. Leeg de naald in een reageerbuisje genummerd met het cijfer van de kooi waar de rat uitkwam en maak deze dicht door aan de bovenkant er een dop op te stoppen.

4. Reinig de naald met demi-water en stop hem met een spatel 10 minuten in kokend water. Haal de naald er met de spatel weer uit.

5. Herhaal de stappen 1t/m4 met alle ratten uit alle 4 de kooien. Zorg ervoor dat de reageerbuisjes met het zelfde nummer samen in een rek komen te zitten.

De ratten hebben allemaal prostaatkanker. Om er achter te komen welke methoden het beste werkt tegen deze vorm van kanker en om een algemene conclusie te kunnen trekken over de effectiviteit van de nanocapsules zullen we de methodes moeten vergelijken op een identieke situatie.

1. Behandel de ratten uit kooi 1 door ze 3 maanden lang 2 keer per week radiotherapie toe te dienen. De bestralingen worden gedaan door ze uit het bakje een smalle buis in te lijden. In deze buis word (nadat de deur dicht gemaakt word en alle ratten uit de kooi in de buis zitten) straling op los gelaten door de machine aan te zetten. Ze worden 30 minuten behandeld daarna word de machine uitgezet. De ratten worden terug de kooi in geleid en die wordt terug op zijn plaats gezet.

2. De ratten uit kooi 2 worden behandelt met chemotherapie. Dit word gedaan door aan elke rat een infuus met cytostatica te hangen (prik een infuus in de rat en voeg een cytostatica houdende vloeistof toe). Dit infuus moet stevig vast geplakt worden om het boven lichaam. Dit zakje wordt twee keer per dag gevuld voor drie maanden lang.

3. De ratten uit kooi 3 krijgen bundeltjes van cisplatine moleculen omhuld in nanocapsules aan hun voedsel toegevoegd. Deze worden dan in het voedsel verwerkt. De ratten krijgen 3 keer per dag voedsel met de cisplatine nanocapsules voor 3 maanden lang.

4. De ratten uit kooi 4 worden niet behandeld. Ze krijgen standaard voedsel en worden op dezelfde manier onderhouden als de ratten uit de andere kooien.

Na de behandeling word weer bloed genomen(zie boven aan de pagina). Hierna start het onderzoeken van de buisjes. Het onderzoeken moet zorgvuldig gebeuren. Ga als volgt te werk:

1. Haal een buisje met ratten bloed uit het rek en voeg kleurstof toe dat zich aan de kankercellen alleen bind. Dit doe je ook met het buisje van hetzelfde rat na de behandeling. Bestudeer het percentage kankercellen dat nog aanwezig is in het bloed na de behandeling. Noteer het verschil op het papier.

2. Herhaal stap 1 voor alle buisjes.

7

Er moet worden opgepast voor zwangerschappen. Zodra een rat zwanger wordt, wordt deze uit de groep verwijderd en maakt het niet meer deel uit van het experiment. Ook moet er hetzelfde aantal uit de andere kooien worden gehaald om het totaal aantal gelijk te houden.

Resultaten moeten worden weergegeven in een tabel. Het verschil tussen de buisjes voor en na de behandeling worden gebruikt als maatstaaf. Een voorbeeld is hier onder te vinden:

Kooi van de ratten

Verschil tussen 100% en 50%

Verschil tussen 50% en 35%

Verschil tussen35% en 20%

Verschil tussen 20% en 0%

1234

8

BibliografieAfbeelding titelblad

opgehaald van www.wetenschap24.nl/nieuws/artikelen/2012/nov/Op-cellenjacht.html

de Kroon, T. I., & Hamelers, I. H. (2007, Augustus 11). Nanocapsules: een nieuwe formulering voor platinahoudende medicijnen tegen kanker. Nanomedicines , pp. 18-23.

Hordijk, M. (2008, Februari 04). Kanker, wat is het? Gezondheidsnet .

Kapma, S., Leschot, N., & Aal, C. (2005, Januari 14). DNA-diagnostiek bij erfelijke kanker: het belang van betrouwbare familiegegevens. Nederlands Tijdschrift voor Geneeskunde , 2005 (2), pp. 57-60.

KWF Kankerbestrijding Behandeling. (sd). Opgehaald van KWF Kankerbestrijding: http://kanker.kwfkankerbestrijding.nl/Behandelingen/Pages/default.aspx

Menko, F., Ligtenberg, M., Brouwer, T., Hahn, D., & Ausems, M. (2007, Februari 04). DNA-diagnostiek naar erfelijke aanleg voor tumoren. Nederlands Tijdschrift voor Geneeskunde , 2007, p. 8.

Yang, H. e. (2010, September 13). Hoe asbest kanker veroorzaakt. Opgehaald van Asbestslachtoffers: www.asbestslachtoffers.nl/PrimoSite/show.do?ctx=145975,287115,483375

9