استخدام مسرّع خطي لإجراء تجارب البيولوجيا الإشعاعية في المختبر
Summary
يمكن استخدام المسرعات الخطية السريرية لتحديد الآثار البيولوجية لمجموعة واسعة من معدلات الجرعة على الخلايا السرطانية. نناقش كيفية إعداد مسرّع خطي للتشخيصات القائمة على الخلايا والاختبارات للخلايا الجذعية السرطانية التي نمت كأورام في التعليق وخطوط الخلايا نمت كثقافات ملتصقة.
Abstract
يبقى العلاج الإشعاعي أحد الأركان الأساسية لإدارة السرطان. بالنسبة لمعظم أنواع السرطان، هو العلاج غير الجراحي الأكثر فعالية لأورام debulk. هنا، ونحن نصف طريقة لتشعيع الخلايا السرطانية مع مسرع خطي. وقد أدى تقدم تكنولوجيا المسرع الخطي إلى تحسين دقة وكفاءة العلاج الإشعاعي. ولا تزال الآثار البيولوجية لمجموعة واسعة من الجرعات الإشعاعية ومعدلات الجرعات مجالا مكثفا للتحقيق. استخدام المسرعات الخطية يمكن أن يسهل هذه الدراسات باستخدام جرعات ذات صلة سريريا ومعدلات الجرعة.
Introduction
العلاج الإشعاعي هو علاج فعال لأنواعكثيرة من السرطان 1،2،3،4. التشعيع معدل جرعة عالية اضافية جديدة نسبيا في العلاج الإشعاعي ويتحقق من خلال التطورات التكنولوجية الأخيرة في المسرعات الخطية5. وتشمل المزايا السريرية لمعدل جرعة عالية اضافية على التشعيع معدل الجرعة القياسية تقصير وقت العلاج وتحسين تجربة المريض. كما توفر المسرّعات الخطية إعدادًا سريريًا لدراسات بيولوجيا الإشعاع القائمة على ثقافة الخلايا. وكانت الآثار البيولوجية والعلاجية لمعدلات الجرعة الإشعاعية والجرعة محور اهتمام أخصائيي الأورام الإشعاعية وعلماء الأحياء على مدى العقود6و7و8. ولكن البيولوجيا الإشعاعية لتشعيع معدل الجرعة المرتفعة جدا والتشعيع الفلاش – وهو معدل جرعة عالية للغاية من الإشعاع – لم يتم بعد التحقيق فيها بدقة.
يستخدم على نطاق واسع أشعة غاما التشعيع في خلية الثقافة القائمة على البيولوجيا الإشعاع9،10،11. ويتحقق الإشعاع عن طريق أشعة غاما المنبعثة من مصادر النظائر المشعة المتحللة، وهي عادة السيزيوم-137. واستخدام المصادر المشعة منظم تنظيما ً عالياً وكثيراً ما يكون مقيداً. مع التشعيع القائم على المصدر، فإنه من الصعب اختبار مجموعة واسعة من معدلات الجرعة، والحد من فائدتها في تحليل الآثار البيولوجية لمعدلات الجرعة السريرية القابلة للتحقيق12.
كانت هناك العديد من الدراسات التي توضح كل من الجرعة ومعدل الآثار12،13،14،15،16،17. وفي هذه الدراسات، استُخدم كل من تشعيع غاما المتولد من النظائر المشعة أو الأشعة السينية المتولدة عن المسرعات الخطية. تم استخدام مجموعة متنوعة من خطوط الخلايا التي تمثل سرطان الرئة، وسرطان عنق الرحم، والورم الأرومي الدبقي، والورم الميلانيني. تم تقييم الآثار الإشعاعية على بقاء الخلية، والقبض على دورة الخلية، وتلف الحمض النووي والحمض النووي على أنها قراءة12،13،14،15،16،17 . هنا، نقوم بوصف طريقة لتحديد الآثار البيولوجية لجرعات الإشعاع ذات الصلة سريريا ومعدلات الجرعة عن طريق تقديم الأشعة السينية باستخدام مسرع خطي. وينبغي إجراء هذه الدراسات بالتعاون الوثيق بين عالم الأحياء وأخصائي الأورام الإشعاعية والفيزيائي الطبي.
Protocol
Representative Results
Discussion
العلاج الإشعاعي هو جزء لا يتجزأ من إدارة السرطان. وتسعى الجهود الجارية إلى تحسين فعالية وكفاءة العلاج الإشعاعي. وقد أتاحت التطورات في تكنولوجيا المسرع الخطي الفرصة لعلاج المرضى بدقة وسلامة لم يسبق لهما مثيل. لأن معظم المرضى يتم التعامل مع الأشعة السينية عالية الطاقة من المسرّعات الخطية، …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر قسم الأورام الإشعاعية في كليفلاند كلينك على استخدام المسرعات الخطية. نشكر الدكتور جيرمي ريتش على موهبته السخية من الخلايا الجذعية الشبيهة بالورم الدبقي. وقد تم دعم هذا البحث من قبل كليفلاند كلينك.
Materials
| Material | |||
| glioma stem-like cell 4121 | gift from Dr. Jeremy Rich | ||
| 293 cells | ATCC | CRL-1573 | |
| neuron stem cell culture media | Thermo Fisher Scientific | 21103049 | NeurobasalTM media |
| DMEM | Thermo Fisher Scientific | 10569044 | |
| Fetal Bovine Serum | Thermo Fisher Scientific | 16000044 | |
| Penicillin/Streptomycin | Thermo Fisher Scientific | 15140-122 | |
| Recombinant Human EGF Protein | R&D Systems | 236-EG-01M | |
| Recombinant Human FGF basic | R&D Systems | 4114-TC-01M | |
| B-27™ Supplement | Thermo Fisher Scientific | 17504044 | |
| Sodium Pyruvate | Thermo Fisher Scientific | 11360070 | |
| L-Glutamine | Thermo Fisher Scientific | 25030164 | |
| Tripsin-EDTA | Thermo Fisher | 25200056 | |
| extracellular proten matrix | Corning | 354277 | MatrigelTM |
| Ethanol | Fisher chemical | A4094 | |
| Equipment | |||
| 10 cm cell culture dish | Denville | T1110 | |
| 3.5 cm cell culture dish | USA Scientific Inc. | CC7682-3340 | |
| 22x22mm glass cover slip | electron microscopy sciences | 72210-10 | |
| 15 ml centrifuge tube | Thomas Scientific | 1159M36 | |
| 50 ml centrifuge tube | Thomas Scientific | 1158R10 | |
| 5 ml Pipette | Fisher Scientific | 14-955-233 | |
| pipet aid | Fisher Scientific | 13-681-06 | |
| Vortex mixer | Fisher Scientific | 02-215-414 | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5810R | |
| Linear Accelerator | Varian | n/a | |
| water equivalent material | Sun Nuclear corporation | 557 | Solid waterTM |
| Reagent preparation | |||
| DMEM media | 10% fetal bovine serum (FBS), 2 mM L-glutamine, 100 units/mL penicillin G, 100 µg/mL streptomycin in 500 ml DMEM media | ||
| stem cell culture media | 10 ml B27 supplement, 20 µg hFGF, 20 µg hEGF, 2 mM L-glutamine, 100 units/mL penicillin G, 100 µg/mL streptomycin in 500 ml Neurobasal media |
References
- Stupp, R., et al. Radiotherapy plus concomitant and adjuvant temozolomide for glioblastoma. The New England Journal of Medicine. 352 (10), 987-996 (2005).
- Stupp, R., et al. Effects of radiotherapy with concomitant and adjuvant temozolomide versus radiotherapy alone on survival in glioblastoma in a randomised phase III study: 5-year analysis of the EORTC-NCIC trial. The Lancet Oncology. 10 (5), 459-466 (2009).
- Tao, R., et al. Hypoxia imaging in upper gastrointestinal tumors and application to radiation therapy. Journal of Gastrointestinal Oncology. 9 (6), 1044-1053 (2018).
- Gajiwala, S., Torgeson, A., Garrido-Laguna, I., Kinsey, C., Lloyd, S. Combination immunotherapy and radiation therapy strategies for pancreatic cancer-targeting multiple steps in the cancer immunity cycle. Journal of Gastrointestinal Oncology. 9 (6), 1014-1026 (2018).
- Liney, G. P., Whelan, B., Oborn, B., Barton, M., Keall, P. MRI-Linear accelerator raiotherapy systems. Clinical Oncology Journal | The Royal College of Radiologists. 30 (11), 686-691 (2018).
- Hall, E. J. Radiation dose-rate: a factor of importance in radiobiology and radiotherapy. The British Journal of Radiology. 45 (530), 81-97 (1972).
- Steel, G. G., et al. The dose-rate effect in human tumour cells. Radiotherapy & Oncology. 9 (4), 299-310 (1987).
- Ling, C. C., Gerweck, L. E., Zaider, M., Yorke, E. Dose-rate effects in external beam radiotherapy redux. Radiotherapy & Oncology. 95 (3), 261-268 (2010).
- Castro, G., et al. Amotosalen/UVA treatment inactivates T cells more effectively than the recommended gammadose for prevention of transfusion-associated graft-versus-host disease. Transfusion. 58 (6), 1506-1515 (2018).
- Gaddini, L., et al. Exposing primary rat retina cell cultures to γ-rays: An in vitro model for evaluating radiation responses. Experimental Eye Research. 166, 21-28 (2018).
- Simara, P., et al. DNA double-strand breaks in human induced pluripotent stem cell reprogramming and long-term in vitro culturing. Stem Cell Research & Therapy. 8 (1), 73 (2017).
- Wang, Z., et al. A comparison of the biological effects of 125I seeds continuous low-dose-rate radiation and 60Co high-dose-rate gamma radiation on non-small cell lung cancer cells. PLoS One. 10 (8), 0133728 (2015).
- Lasio, G., Guerrero, M., Goetz, W., Lima, F., Baulch, J. E. Effect of varying dose-per-pulse and average dose rate in X-ray beam irradiation on cultured cell survival. Radiation and Environmental Biophysics. 53 (4), 671-676 (2014).
- Karan, T., et al. Radiobiological effects of altering dose rate in filter-free photon beams. Physics in Medicine and Biology. 58 (4), 1075-1082 (2013).
- Sarojini, S., et al. A combination of high dose rate (10X FFF/2400 MU/min/10 MV X-rays) and total low dose (0.5 Gy) induces a higher rate of apoptosis in melanoma cells in vitro and superior preservation of normal melanocytes. Melanoma Research. 25 (5), 376-389 (2015).
- Hao, J., et al. The effects of extra high on glioma stem-like cells. PLoS One. 13 (8), 0202533 (2018).
- Liu, J., et al. Radiation-induced G2/M arrest rarely occurred in glioblastoma stem-like cells. International Journal of Radiation Biology. 94 (4), 394-402 (2018).
- Mcdermott, P., et al. . The Physics and Technology of Radiation Therapy. , (2010).
- Lohse, I., et al. Effect of high dose per pulse flattening filter-free beams on cancer cell survival. Radiotherapy & Oncology. 101 (1), 226-232 (2011).
