Summary

Retroductal Submandibular Gland Instillasjon og Lokalisert Fraksjonert Bestråling i en rottemodell av spytt hypofunksjon

Published: April 24, 2016
doi:

Summary

Salivary gland hypofunction, a major adverse effect of head and neck radiotherapy diminishes a patient’s quality of life. The demonstration of efficacy of new therapies in animal models is a prerequisite before clinical transition. This protocol describes retroductal administration and local irradiation of rat submandibular glands.

Abstract

Normal tissues that lie within the portals of radiation are inadvertently damaged. Salivary glands are often injured during head and neck radiotherapy. Irreparable cell damage results in a chronic loss of salivary function that impairs basic oral activities, and increases the risk of oral infections and dental caries. Salivary hypofunction and its complications gravely impact a patient’s comfort. Current symptomatic management of the condition is ineffective, and newer therapies to assuage the condition are needed.

Salivary glands are exocrine glands, which expel their secretions into the mouth via excretory ducts. Cannulation of these ducts provides direct access to the glands. Retroductal delivery of a contrast agent to major salivary glands is a routine out-patient procedure for diagnostic imaging. Using a similar procedure, localized treatment of the glands is feasible. However, performing this technique in preclinical studies with small animals poses unique challenges. In this study we describe the technique of retroductal administration in rat submandibular glands, a procedure that was refined in Dr. Bruce Baum’s laboratory (NIH)1, and lay out a procedure for local gland irradiation.

Introduction

Sivile ødeleggelse av friskt vev står for en rekke skadelige bivirkninger av kreftbehandling. En del av eller hele det store spyttkjertler som ligger med stråling felt er uunngåelig ødelagt. Derfor er de fleste pasienter som gjennomgår strålebehandling for hode og nakke kreft, livmorhals lymfom, eller hele kroppen stråling før benmargstransplantasjon lider en av de vanligste og vedvarende negative effekter av stråling, spyttkjertel hypofunction 2-6.

Fluidproduserende akinærceller av spyttkjertler er akutt følsomme for stråling. Skade på spyttkjertlene fører til en drastisk minsk av spyttstrøm, en tilstand som omtales som spytt hypofunksjon. Den kroniske reduksjon i spytt flyt svekker viktige muntlige aktiviteter som tygging, svelging, tale og smak, men sykelig følgetilstander av intens smerte, slimhinne tårer, dysfagi, opportunistiske infeksjoner og tannråte forverrer enpasientens trivsel og funksjon 2,3.

Siden radioterapi-assosiert spytt celletap er irreversibel, er det ingen korrigerende behandling av xerostomi. Dagens behandling som fokuserer på assuaging symptomer med kunstige spytterstatninger og prosecretory narkotika er ineffektiv for langsiktig lettelse 6. Selv om forbedrede stråling leverings teknikker har bidratt til å redusere alvorlighetsgraden av tilstanden, normalt vev toksisitet og dens komplikasjoner forbli en begrensende faktor i kreftbehandling 6,7. Forkjøpsrett tiltak for å hindre strålebehandling assosierte komplikasjoner er derfor blitt normen. Radio-beskyttende midler som bekjemper frie radikaler oksygenforbindelser, fosterhjem celle repopulation, eller forbedre DNA reparasjon blir undersøkt for å avverge spytt hypofunction 8-11.

Sekret av eksokrine spyttkjertler renne inn i munnen gjennom de viktigste excretory kanaler. Intra-oral kanylering av the excretory kanaler for injeksjon av kontrastmidler gjøres rutinemessig som et poliklinisk prosedyre. Ved å benytte en lignende tilnærming, kan spyttkjertlene være direkte målrettet for lokalisert behandling 12. Bortsett fra å redusere faren for systemiske bivirkninger, har retroductal kjertel drypping tilsatt fordeler. Den monolayer arrangement av spytt cellene rundt ductal treet tillater målretting av alle spytt epitelceller, og fiber innkapsling av kjertelen fungerer som en barriere for å redusere uønsket terapeutisk spredning. I hovedsak spyttkjertler er optimalt egnet for målrettet behandling av kjertel lidelser som stråleindusert spytt hypofunction.

Konvensjonell stråling for kreftbehandling leveres i små doser (1,8 til 2,5 Gy / fraksjon / dag, fem dager i uken) for en periode på flere uker. Derfor er en radio-beskyttende terapeutisk som viser effekt mot en langvarig stråling ordningen i eksperimentelle modeller har større klinisk peiling. Compromised spytt funksjon etter fraksjonert stråling har vært registrert i små dyr, men strålingskilde, dosefraksjonen, og protokollene som brukes er varierte 9,10,13.

Denne rapporten etablerer metoder for retroductal levering til og lokaliserte stråling av rotte submandibular kjertler ved hjelp av pasient-relevant strålekilde og dosefraksjonen.

Protocol

Alle prosedyrer ble godkjent av LSU Health, Shreveport, Animal Care og bruk komité og var i samsvar med NIH retningslinjer for omsorg og bruk av forsøksdyr. 1. kanylering av Rat Submandibular spyttkjertler Utarbeidelse av sprøyte-Tubing Assembly Skjær en 10 cm lengde PE10 polyetylen rør med en skalpell. Hold i begge ender av slangen mellom pekefingeren og tommelen. Oppvarme den midtre delen av produksjonsrøret ovenfor en svak flamme, og forsiktig st…

Representative Results

Tilpasning en minimal invasiv sialografi teknikk, er lokal behandling av store spyttkjertler gjennomførbart. Retroductal administrasjon i rotte submandibular spyttkjertlene ble forsøkt av intra-oral kanylering av Wharton kanaler (figur 2). Spytt kanaler av Wharton åpne på sub-lingual papiller som ligger på gulvet i munnen, men åpningene ikke er lett synlig. Innsetting av kanylen ble derfor gjort ved forsiktig sondering. For å unngå uheldige blødning eller duct p…

Discussion

Spyttkjertlene ofte får stråledoser utenfor terskelen av vev bedring hos pasienter som gjennomgår strålebehandling for hode-hals-kreft, elektiv ablasjon av nakken noder, eller regionale hematologisk kreftsykdom. Selv om fluid-utskillende akinærceller av kjertelen er terminalt differensiert, er de paradoksalt nok følsomme for stråling. Den sekretoriske funksjon synker i løpet av de første ukene av stråling, og irreversible kjertel skade resulterer i en kronisk lav spytt utgang. For å bekjempe dårlig kjertel f…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We thank Dr. John Chang (Radiation Oncology, LSU Health Science Center) for assistance with radiation dose measurements. The study was supported by the American Cancer Society (Grant number: 116945-RSG-09-038-01-CCE), National Institute of Health (Grant number: R21CA173162) and the Feist-Weiller Cancer Center.

Materials

Intramedic Polyethylene tubing (PE10) Becton Dickson 427401
1/2 cc Insulin Syringe U-100 Becton Dickson 309306
Artificial Tears Miller Vet Supply  5098-9840-64
Hot Bead Sterilizer Fine Science Tools 18000-45
Perma-Hand silk suture Ethicon K833H
Graefe forcep Fine Science Tools 11051-10
Olympus SZX16 Stereo Microscope Hunt Optics and Imaging
6MV Linear Accelerator Elekta
Bolus – Skinless  Civco MTCB410
Heat Lamp Braintree Scientific HL-1 110V

References

  1. Delporte, C., et al. Increased fluid secretion after adenoviral-mediated transfer of the aquaporin-1 cDNA to irradiated rat salivary glands. Proc Natl Acad Sci U S A. 94 (7), 3268-3273 (1997).
  2. Chambers, M. S., Rosenthal, D. I., Weber, R. S. Radiation-induced xerostomia. Head Neck. 29 (1), 58-63 (2007).
  3. Sciubba, J. J., Goldenberg, D. Oral complications of radiotherapy. Lancet Oncol. 7 (2), 175-183 (2006).
  4. Rodrigues, N. A., et al. A prospective study of salivary gland function in lymphoma patients receiving head and neck irradiation. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 75 (4), 1079-1083 (2009).
  5. Coracin, F. L., et al. Major salivary gland damage in allogeneic hematopoietic progenitor cell transplantation assessed by scintigraphic methods. Bone Marrow Transplant. 37 (10), 955-959 (2006).
  6. Jensen, S. B., et al. A systematic review of salivary gland hypofunction and xerostomia induced by cancer therapies: management strategies and economic impact. Support Care Cancer. 18 (8), 1061-1079 (2010).
  7. de Castro, G., Federico, M. H. Evaluation, prevention and management of radiotherapy-induced xerostomia in head and neck cancer patients. Curr Opin Oncol. 18 (3), 266-270 (2006).
  8. Epperly, M. W., Carpenter, M., Agarwal, A., Mitra, P., Nie, S., Greenberger, J. S. Intraoral manganese superoxide dismutase-plasmid/liposome (MnSOD-PL) radioprotective gene therapy decreases ionizing irradiation-induced murine mucosal cell cycling and apoptosis. In Vivo. 18 (4), 401-410 (2004).
  9. Cotrim, A. P., Sowers, A., Mitchell, J. B., Baum, B. J. Prevention of irradiation-induced salivary hypofunction by microvessel protection in mouse salivary glands. Mol Ther. 15 (12), 2101-2106 (2007).
  10. Zheng, C., et al. Prevention of radiation-induced salivary hypofunction following hKGF gene delivery to murine submandibular glands. Clin Cancer Res. 17 (9), 2842-2851 (2011).
  11. Palaniyandi, S., et al. Adenoviral delivery of Tousled kinase for the protection salivary glands against ionizing radiation damage. Gene Ther. 18 (3), 275-282 (2011).
  12. Baum, B. J., Voutetakis, A., Wang, J. Salivary glands: novel target sites for gene therapeutics. Trends Mol Med. 10 (12), 585-590 (2004).
  13. Limesand, K. H., et al. Insulin-like growth factor-1 preserves salivary gland function after fractionated radiation. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 78 (2), 579-586 (2010).
  14. Timiri Shanmugam, P. S., et al. Recombinant AAV9-TLK1B administration ameliorates fractionated radiation-induced xerostomia. Hum Gene Ther. 24 (6), 604-612 (2013).
  15. Coppes, R. P., Vissink, A., Konings, A. W. T. Comparison of radiosensitivity of rat parotid and submandibular glands after different radiation schedules. Radiother Oncol. 63 (3), 321-328 (2002).
  16. Sunavala-Dossabhoy, G., Palaniyandi, S., Richardson, C., De Benedetti, A., Schrott, L., Caldito, G. TAT-mediated delivery of Tousled protein to salivary glands protects against radiation-induced hypofunction. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 84 (1), 257-265 (2012).
  17. Baum, B. J., et al. Transfer of the AQP1 cDNA for the correction of radiation-induced salivary hypofunction. Biochim Biophys Acta. 1758 (8), 1071-1077 (2006).
  18. Tran, S. D., et al. Paracrine effects of bone marrow soup restore organ function, regeneration, and repair in salivary glands damaged by irradiation. PLoS One. 8 (4), e61632 (2013).
  19. Nanduri, L. S., et al. Salisphere derived c-Kit+ cell transplantation restores tissue homeostasis in irradiated salivary gland. Radiother Oncol. 108 (3), 458-463 (2013).
  20. Arany, S., Benoit, D. S., Dewhurst, S., Ovitt, C. E. Nanoparticle-mediated gene silencing confers radioprotection to salivary glands in vivo. Mol Ther. 21 (6), 1182-1194 (2013).
  21. Voutetakis, A., et al. Reengineered salivary glands are stable endogenous bioreactors for systemic gene therapeutics. Proc Natl Acad Sci U S A. 101 (9), 3053-3058 (2004).

Play Video

Cite This Article
Nair, R. P., Zheng, C., Sunavala-Dossabhoy, G. Retroductal Submandibular Gland Instillation and Localized Fractionated Irradiation in a Rat Model of Salivary Hypofunction. J. Vis. Exp. (110), e53785, doi:10.3791/53785 (2016).

View Video