Biomedische onderzoekstechnieken
Farmaceutische & biologische laboratoriumtechnologie 2017-2018
,H1-Carcinogeniciteit
1) Kanker
• Kanker= belangrijke ziekte wereldwijd, geassocieerd met moderne samenleving & milieuvervuiling
• Woord kanker: afgeleid van Latijnse woord cancer (=kreeft) en in het Duits krebs
• Galenus heeft deze naam aan de aandoening gegeven
Ø Vroeger: ziekte herkend aan opvallende rode,gezwollen bloedvaten in nabijheid van gezwellen
• Kanker:
Ø Ongeremde & ongecontroleerde vermenigvuldiging v cellen (celdeling is op hol geslagen)
Ø Onomkeerbaar proces & ongeremde groei gebeurt autonoom
Ø Toegenomen celdeling gaat gepaard met afname in differentiatiegraad of specialisatiegraad
• Alle cellen in ons lichaam zijn ontstaan uit aantal precursorcellen of primitieve stamcellen
Ø In embryo: stamcellen delen tot ze een bepaalde eindbestemming krijgen & w ze voorlopercellen
(vb bloedcellen, huidcellen, cellen v/h netvlies)
• Naarmate specialisatiegraad v/e cel toeneemt, neemt de delingscapaciteit af
• Kanker ontstaat uit cellen die aan celdeling kunnen doen
• Rijpe neuronen (zenuwcellen) en hartspiercellen geven geen aanleiding tot kanker omdat deze niet
meer kunnen delen
• Stimulus voor ongeremde groei in doorgaans niet gekend
• Regulatie voor celgroei gebeurt via groeifactoren waarvoor aan opp. v/d cellen receptoren bestaan
Ø Vb: plaatjesgroeifactoren (PDGF= plateletderived growth factor), fibroblastergroeifactor (FGF),
insuline-achtige groeifactoren (IGF), ….
• 2 soorten genen die als hun expressie verstoord is, aanleiding knn geven tot ongebreidelde groei
• Oncogenen= groep genen die coderen om celdeling te stimuleren & zijn aanwezig in ALLE cellen
Ø Normale cel (geen kanker): oncogenen zijn in normale hoeveelheden aanwezig
Ø Kanker: overdreven expressie van ocogenen
Ø Mutaties in deze genen zijn dominant
• Tumorsuppressorgenen= groep genen die celdeling verhinderen/stillegen
Ø Kanker: wanneer hun expressie stilgelegd wordt
Ø Mutaties in deze genen zijn recessief
• Contactinhibitie is verstoord bij kankercellen
Ø Normale cellen stoppen met delen zodra ze volledig omringd zijn door naburige cellen
Ø Kankercellen delen verder → ophoping v cellen ontstaat (tumor)
2) Goedaardige en kwaadaardige tumoren
• Goedaardige tumoren:
Ø Geen invasieve eigenschappen (kunnen onderliggend weefsel niet binnendringen)
Ø Metastaseren niet (zaaien niet uit op afstand)
• Kwaadaardige tumoren:
Ø Invaderen omgevende weefsels
Ø Metastaseren
• Termen goedaardig en kwaadaardig slaan op biologisch gedrag v/d tumoren
Ø Onbehandeld kwaadaardige tumor: dood
Ø Onbehandeld goedaardige tumor: niet dood, tenzij gelegen op een kritische plaats (hersenen,
bloedvat,…) of doodt tumor de patiënt door zijn secretieproducten
A. Tumorgroei
• Kinetiek v kankercellen is een ongeoredende groei, maar niet noodzakelijk snellere groei
• Evenwicht tss nieuwgevormde en afstervende cellen is doorbroken: er komen meer cellen bij dan
afsterven
,3) Kankeretiologie (carcinogenese)
• Oorzaak v/e kwaadaardige tumor is vaak niet te achterhalen
• Uitzondering: relatie v tabaksrook en longkanker
A. Chemische carcinogenese
• Sir Percival Pott: verband herkend tss blootstelling aan chemische carcinogeen en kanker
• In Japan (1915): huidkanker experimenteel verwerkt bij konijnen
• Chemische carcinogenen moeten eerst geactiveerd w voor ze met celbestanden knn reageren
• Chemische carcinogenese= meertrapsproces:
Ø Initiatie: onomkeerbaar & met huidige methoden niet detecteerbaar
Ø Promotie
Ø Progressie: autonoom proces
Ø Kanker: wnnr het verder uitgezaaid is via bv de bloedbaan
• Directe carcinogenen gaan covalente binding aan met macromoleculen
(stikstofmosterd,benzylchloride,metalen,..)
• Indirecte carcinogenen:
Ø Eerst omzetting v/e niet-reactief bestanddeel (procarcinogeen) in een reactief bestanddeel
Ø Omzetting gebeurt enzymatisch, vooral in lever, dr detoxificerende enzymen die tussenkomen in
neutraliseren v lichaamsvreemde chemische substabties
• Spectrum v elk carcinogeen is verschillend: knn kanker veroorzaken in organen of weefsels
Ø Polycyclische koolwaterstoffen (koolteer) zijn carcinogeen op de plaats waar ze zijn aangebracht.
Ze worden gemetaboliseerd tot electrofiele epoxiden dr P450-dependente gemengde functie
oxidasen
Ø Aflatoxine B1 (Aspergillus flavus) w gemetaboliseerd in lever tot epoxide waarna covalente
binding met DNA kan plaats vinden
Ø Aromatische aminen (aniline) & azolkleurstoffen (botergeel) veroorzaken blaas- & leverkanker
Ø Nitrosaminen spelen rol in ontstaan v gastro-intestinale carcinomen (maag-darmkanker)
Ø Metalen: cadmium, kobalt, nikkel, lood
a) Factoren die chemische carcinogenese beïnvloeden
• Activiteit v gemengde functie oxidasen (= belangrijk enzym in cel, rol in metabolisme): hoger bij
pasgeborenen (gevoeliger dan volwassenen)
• Hormonale status: vrouwen zn gevoeliger aan amoniazotolueen & diethylnitrosamine. Mannen zijn
gevoeliger aan aromatische aminen
• Dieetsamenstelling: laag eiwitgehalte doet gevoeligheid vr leverkanker dalen als gevolg v daling v/d
oxidase-activiteit
b) Chemische carcinogenese en mutageniciteit
• Niet alle mutagene stoffen zijn carcinogeen (90% v carcinogenen zijn mutageen)
• Mutagene stof= stof die mutatie/verandering in DNA kan veroorzaken
• Fouten/mutaties in DNA dan stijgt kans op ontwikkelen v kanker
• Men is bacteriën gaan gebruiken voor carcinogeniciteitstesten → Ames test (Bruce Ames jaren 70)
Ø Speciale stammen v Salmonella typhimurium deze hebben mutaties in hun histidine operon
v Histidine auxotroof= knn het aminozuur histidine niet meer zelf synthetiseren
v Mutaties in celwand waardoor ze permeabel zijn voor teststoffen
v Gevoelig voor mutaties want het DNA-herstelapparaat v deze bacteriën is gesaboteerd
Ø Stammen w opgekweekt in minimaal medium dat test-stof bevat
Ø Bacteriën w gemengd in beetje vloeibare agar waarin beetje histidine zit
v Om zeker te zijn dat er groei is en dat DNA replicatie kan plaatsvinden
v Geen histidine aanwezig: geen groei en geen replicatie v DNA en geen mutaties
Ø Mengsel v vloeibare agar w uitgegoten om minimale agar & geïncubeerd vr 2a3 dagen bij 37°C
Ø Alle bacteriën eerste uren groeien tot histidine op is
, Ø Daarna enkel revertanten (hebben via terugmutaties mogelijkheid om zelf histidine aan te maken)
verder groeien, geeft zichtbare kolonies
Ø Kolonies tellen & vergelijken met controleplaat (zonder teststof) om relatieve mutageniciteit v/d
teststof te bepalen
v Hoe meer kolonies, hoe groter de mutageniciteit
• Vaak leverextract aan mengsel toegevoegd in toplaag → veel stoffen zijn pas carcinogeen na
omzetting in lever
c) Chemische carcinogenese als veeltrapsproces
• 4 hypothetische stadia:
Ø Initiatie: omkeerbaar & dr initiator (carcinogeen) & normale cel w beschadigd dr straling
Ø Promotie: omkeerbaar & nog geen autonome groei & groei duurt voort zolang promoter inwerkt
& cel is onderhevig aan prikkels en gaat delen (groeien)
Ø Progressie: onomkeerbaar & onafh. V carcinogeen of promotor & autonome groei
Ø Kanker: onomkeerbaar & verkrijgen v/d mogelijkheid tot invasie en metastasering
B. Fysische carcinogenese
a) UV-licht
• Carcinogeen effect UV-licht door licht met golflengte tss 290 en 320nm
• Klinische & emidemiologische gegevens zijn beschikbaar voor verschillende vormen v huidkanker
• UV-licht kankerverwekkend dr vorming v thymine-dimeren in DNA
Ø Dr inwerking v UV zullen 2 naburige thymines met elkaar binden en dimeren vormen ipv dat
thymine gaat binden met adenine → normale DNA structuur w hierdoor verstoord
• Cel beschikt over herstelmechanismen om fouten in DNA op te sporen en te herstellen
• Patiënten met Xerdoderma pigmentosum (erfelijke ziekte, huidkanker) ontbreekt herstelmechanisme
Farmaceutische & biologische laboratoriumtechnologie 2017-2018
,H1-Carcinogeniciteit
1) Kanker
• Kanker= belangrijke ziekte wereldwijd, geassocieerd met moderne samenleving & milieuvervuiling
• Woord kanker: afgeleid van Latijnse woord cancer (=kreeft) en in het Duits krebs
• Galenus heeft deze naam aan de aandoening gegeven
Ø Vroeger: ziekte herkend aan opvallende rode,gezwollen bloedvaten in nabijheid van gezwellen
• Kanker:
Ø Ongeremde & ongecontroleerde vermenigvuldiging v cellen (celdeling is op hol geslagen)
Ø Onomkeerbaar proces & ongeremde groei gebeurt autonoom
Ø Toegenomen celdeling gaat gepaard met afname in differentiatiegraad of specialisatiegraad
• Alle cellen in ons lichaam zijn ontstaan uit aantal precursorcellen of primitieve stamcellen
Ø In embryo: stamcellen delen tot ze een bepaalde eindbestemming krijgen & w ze voorlopercellen
(vb bloedcellen, huidcellen, cellen v/h netvlies)
• Naarmate specialisatiegraad v/e cel toeneemt, neemt de delingscapaciteit af
• Kanker ontstaat uit cellen die aan celdeling kunnen doen
• Rijpe neuronen (zenuwcellen) en hartspiercellen geven geen aanleiding tot kanker omdat deze niet
meer kunnen delen
• Stimulus voor ongeremde groei in doorgaans niet gekend
• Regulatie voor celgroei gebeurt via groeifactoren waarvoor aan opp. v/d cellen receptoren bestaan
Ø Vb: plaatjesgroeifactoren (PDGF= plateletderived growth factor), fibroblastergroeifactor (FGF),
insuline-achtige groeifactoren (IGF), ….
• 2 soorten genen die als hun expressie verstoord is, aanleiding knn geven tot ongebreidelde groei
• Oncogenen= groep genen die coderen om celdeling te stimuleren & zijn aanwezig in ALLE cellen
Ø Normale cel (geen kanker): oncogenen zijn in normale hoeveelheden aanwezig
Ø Kanker: overdreven expressie van ocogenen
Ø Mutaties in deze genen zijn dominant
• Tumorsuppressorgenen= groep genen die celdeling verhinderen/stillegen
Ø Kanker: wanneer hun expressie stilgelegd wordt
Ø Mutaties in deze genen zijn recessief
• Contactinhibitie is verstoord bij kankercellen
Ø Normale cellen stoppen met delen zodra ze volledig omringd zijn door naburige cellen
Ø Kankercellen delen verder → ophoping v cellen ontstaat (tumor)
2) Goedaardige en kwaadaardige tumoren
• Goedaardige tumoren:
Ø Geen invasieve eigenschappen (kunnen onderliggend weefsel niet binnendringen)
Ø Metastaseren niet (zaaien niet uit op afstand)
• Kwaadaardige tumoren:
Ø Invaderen omgevende weefsels
Ø Metastaseren
• Termen goedaardig en kwaadaardig slaan op biologisch gedrag v/d tumoren
Ø Onbehandeld kwaadaardige tumor: dood
Ø Onbehandeld goedaardige tumor: niet dood, tenzij gelegen op een kritische plaats (hersenen,
bloedvat,…) of doodt tumor de patiënt door zijn secretieproducten
A. Tumorgroei
• Kinetiek v kankercellen is een ongeoredende groei, maar niet noodzakelijk snellere groei
• Evenwicht tss nieuwgevormde en afstervende cellen is doorbroken: er komen meer cellen bij dan
afsterven
,3) Kankeretiologie (carcinogenese)
• Oorzaak v/e kwaadaardige tumor is vaak niet te achterhalen
• Uitzondering: relatie v tabaksrook en longkanker
A. Chemische carcinogenese
• Sir Percival Pott: verband herkend tss blootstelling aan chemische carcinogeen en kanker
• In Japan (1915): huidkanker experimenteel verwerkt bij konijnen
• Chemische carcinogenen moeten eerst geactiveerd w voor ze met celbestanden knn reageren
• Chemische carcinogenese= meertrapsproces:
Ø Initiatie: onomkeerbaar & met huidige methoden niet detecteerbaar
Ø Promotie
Ø Progressie: autonoom proces
Ø Kanker: wnnr het verder uitgezaaid is via bv de bloedbaan
• Directe carcinogenen gaan covalente binding aan met macromoleculen
(stikstofmosterd,benzylchloride,metalen,..)
• Indirecte carcinogenen:
Ø Eerst omzetting v/e niet-reactief bestanddeel (procarcinogeen) in een reactief bestanddeel
Ø Omzetting gebeurt enzymatisch, vooral in lever, dr detoxificerende enzymen die tussenkomen in
neutraliseren v lichaamsvreemde chemische substabties
• Spectrum v elk carcinogeen is verschillend: knn kanker veroorzaken in organen of weefsels
Ø Polycyclische koolwaterstoffen (koolteer) zijn carcinogeen op de plaats waar ze zijn aangebracht.
Ze worden gemetaboliseerd tot electrofiele epoxiden dr P450-dependente gemengde functie
oxidasen
Ø Aflatoxine B1 (Aspergillus flavus) w gemetaboliseerd in lever tot epoxide waarna covalente
binding met DNA kan plaats vinden
Ø Aromatische aminen (aniline) & azolkleurstoffen (botergeel) veroorzaken blaas- & leverkanker
Ø Nitrosaminen spelen rol in ontstaan v gastro-intestinale carcinomen (maag-darmkanker)
Ø Metalen: cadmium, kobalt, nikkel, lood
a) Factoren die chemische carcinogenese beïnvloeden
• Activiteit v gemengde functie oxidasen (= belangrijk enzym in cel, rol in metabolisme): hoger bij
pasgeborenen (gevoeliger dan volwassenen)
• Hormonale status: vrouwen zn gevoeliger aan amoniazotolueen & diethylnitrosamine. Mannen zijn
gevoeliger aan aromatische aminen
• Dieetsamenstelling: laag eiwitgehalte doet gevoeligheid vr leverkanker dalen als gevolg v daling v/d
oxidase-activiteit
b) Chemische carcinogenese en mutageniciteit
• Niet alle mutagene stoffen zijn carcinogeen (90% v carcinogenen zijn mutageen)
• Mutagene stof= stof die mutatie/verandering in DNA kan veroorzaken
• Fouten/mutaties in DNA dan stijgt kans op ontwikkelen v kanker
• Men is bacteriën gaan gebruiken voor carcinogeniciteitstesten → Ames test (Bruce Ames jaren 70)
Ø Speciale stammen v Salmonella typhimurium deze hebben mutaties in hun histidine operon
v Histidine auxotroof= knn het aminozuur histidine niet meer zelf synthetiseren
v Mutaties in celwand waardoor ze permeabel zijn voor teststoffen
v Gevoelig voor mutaties want het DNA-herstelapparaat v deze bacteriën is gesaboteerd
Ø Stammen w opgekweekt in minimaal medium dat test-stof bevat
Ø Bacteriën w gemengd in beetje vloeibare agar waarin beetje histidine zit
v Om zeker te zijn dat er groei is en dat DNA replicatie kan plaatsvinden
v Geen histidine aanwezig: geen groei en geen replicatie v DNA en geen mutaties
Ø Mengsel v vloeibare agar w uitgegoten om minimale agar & geïncubeerd vr 2a3 dagen bij 37°C
Ø Alle bacteriën eerste uren groeien tot histidine op is
, Ø Daarna enkel revertanten (hebben via terugmutaties mogelijkheid om zelf histidine aan te maken)
verder groeien, geeft zichtbare kolonies
Ø Kolonies tellen & vergelijken met controleplaat (zonder teststof) om relatieve mutageniciteit v/d
teststof te bepalen
v Hoe meer kolonies, hoe groter de mutageniciteit
• Vaak leverextract aan mengsel toegevoegd in toplaag → veel stoffen zijn pas carcinogeen na
omzetting in lever
c) Chemische carcinogenese als veeltrapsproces
• 4 hypothetische stadia:
Ø Initiatie: omkeerbaar & dr initiator (carcinogeen) & normale cel w beschadigd dr straling
Ø Promotie: omkeerbaar & nog geen autonome groei & groei duurt voort zolang promoter inwerkt
& cel is onderhevig aan prikkels en gaat delen (groeien)
Ø Progressie: onomkeerbaar & onafh. V carcinogeen of promotor & autonome groei
Ø Kanker: onomkeerbaar & verkrijgen v/d mogelijkheid tot invasie en metastasering
B. Fysische carcinogenese
a) UV-licht
• Carcinogeen effect UV-licht door licht met golflengte tss 290 en 320nm
• Klinische & emidemiologische gegevens zijn beschikbaar voor verschillende vormen v huidkanker
• UV-licht kankerverwekkend dr vorming v thymine-dimeren in DNA
Ø Dr inwerking v UV zullen 2 naburige thymines met elkaar binden en dimeren vormen ipv dat
thymine gaat binden met adenine → normale DNA structuur w hierdoor verstoord
• Cel beschikt over herstelmechanismen om fouten in DNA op te sporen en te herstellen
• Patiënten met Xerdoderma pigmentosum (erfelijke ziekte, huidkanker) ontbreekt herstelmechanisme
