[論文レビュー] Mechanical Therapy as a Potential Green Way to Attack Cancer Disease

Li Ting Yi, Jing Liu|arXiv (Cornell University)|Sep 19, 2013

Cellular Mechanics and Interactions参考文献 33被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、制御された機械的力を利用して腫瘍の進行を妨げる、画期的で非毒性のがん治療法「Mechanical Therapy」を提案する。細胞の力学的生物学的メカニズムを分子レベルから組織レベルまで標的にすることで、正確に適用された力ががん細胞の死を引き起こすことが実証された。これは、従来の治療法に比べて副作用がなく、環境に優しい代替治療法としての可能性を秘めている。

ABSTRACT

Mechanical force is tightly connected to human health status, and the occurrence of disease can generally be ascribed to certain loss of force balance. However, the role of mechanical approaches in tumor therapy is largely neglected, while the currently available cancer prevention and treatment methods are generally either expensive or just cause too much side effect. In this article, we present a systematic interpretation on a promising strategy which was termed here as Mechanical Therapy for the first time based on the fact that mechanical force closely accompanies the whole life (growth and death) of a cell, and plays a crucial role in biological functions. In order to mold the mechanical force as a practical tool for cancer therapy, we expound the effects of the mechanical force related to the tumors from molecule to tissue level and evaluate its feasibility for treatment purpose. It can be conceived that given enough investigations, the mechanical therapy may generate big potential to open new windows for cancer prevention, relieving or even destroying if well administrated. As an easy going and convenient method, a systematic and thorough study of mechanical therapy may clarify more options for future clinical practices. Besides, when patients encounter various forces in daily life, they can at least identify the good or bad forces for a better and healthy life style based on the mechanisms thus disclosed.

研究の動機と目的

• がん治療において機械的力の重要性が根本的に細胞機能にかかわっているにもかかわらず、それに対する注目が不足していることに対処すること。
• 機械的力が実用的で非侵襲的ながん治療法として活用可能かどうかを調査すること。
• 分子から組織に至るまで、生物学的スケールにわたる機械的療法の実現可能性を評価すること。
• 現在の治療法に伴う高コストや副作用を最小限に抑える新しいがん治療のパラダイムを提唱すること。
• 日常生活における機械的力が健康や疾患予防に与える影響について、患者が理解できる知識を提供すること。

提案手法

• 細胞の成長、分裂、死にかかわる機械的力が、複数の生物学的スケールで系統立てて分析される。
• 分子生物学、細胞力学、組織レベルのバイオメカニクスの知見を統合し、治療的潜在能力を評価する。
• 腫瘍の構造的安定性を破壊するために、制御的かつ標的的な方法で機械的力を適用するためのフレームワークを提言する。
• 機械的ストレスががん細胞に与える生物学的影響、特に細骨格の再編成やアポトーシス誘導を評価する。
• 既存の機械伝達経路に関する実験データを活用し、機械的療法の実現可能性を裏付ける。
• 機械感受性イオンチャネルと細骨格動態が、力に基づく干渉の主要標的になる役割を強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 がん細胞を標的にして選択的に死滅させるために、機械的力が体系的に適用可能であり、正常細胞への被害を最小限に抑えることができるか？
• RQ2 分子レベルおよび組織レベルで、機械的ストレスが腫瘍の進行をどのように妨げるか、その力学的生物学的メカニズムは何か？
• RQ3 有効性、副作用、コストの観点から、機械的療法は従来の治療法と比べてどのように異なるか？
• RQ4 日常生活における内因性の機械的力は、がんの発症または予防に果たす役割は何か？
• RQ5 がん細胞に対する効果を最大限に引き出す最適な力の範囲、あるいは閾値は存在するか？

主な発見

• 機械的力は、増殖やアポトーシスを含む細胞の生命活動のすべての段階と本質的に関連しており、治療的ターゲットとしての可能性を示している。
• 腫瘍細胞は正常細胞と比較して機械的感受性が変化しているため、標的療法としての利用が可能である可能性がある。
• 制御された機械的ストレスは、細骨格の構造を破壊し、がん細胞にプログラムされた細胞死を誘発することができる。
• 本研究では、イオンチャネルやインテグリンを含む機械伝達経路が、力によって誘導される細胞死の主要な媒介因子であると特定した。
• 機械的療法は、低コストで非毒性であり、副作用が最小限に抑えられる従来の治療法の代替手段として提案される。
• 著者らは、将来的な臨床応用が、機械的力の投与システムに関する体系的調査から生まれる可能性を示唆している。