Gebruik van een lineaire versneller voor het uitvoeren van in vitro radiobiologie experimenten
Summary
Klinische lineaire versnellers kunnen worden gebruikt om de biologische effecten van een breed scala aan doserings percentages op kankercellen te bepalen. We bespreken hoe het opzetten van een lineaire Accelerator voor cel gebaseerde testen en testen voor kanker stam-achtige cellen gekweekt als tumorspheres in suspensie en cellijnen gekweekt als aanhandende culturen.
Abstract
Radiotherapie blijft een van de hoekstenen van het kanker management. Voor de meeste kankers, het is de meest effectieve, nonchirurgische therapie om te debulk tumoren. Hier beschrijven we een methode om kankercellen te bestreren met een lineaire versneller. De vooruitgang van lineaire Accelerator technologie heeft de precisie en efficiëntie van bestralingstherapie verbeterd. De biologische effecten van een breed scala aan stralingsdoses en doserings percentages blijven een intens onderzoeksgebied. Het gebruik van lineaire versnellers kan deze studies vergemakkelijken met behulp van klinisch relevante doses en doserings percentages.
Introduction
Radiotherapie is een effectieve behandeling voor vele soorten kanker1,2,3,4. Een extra hoge dosis bestraling is relatief nieuw in bestralingstherapie en wordt mogelijk gemaakt door recente technologische ontwikkelingen in lineaire versnellers5. De klinische voordelen van een extra hoog doserings percentage over de standaard bestraling omvatten een verkorte behandelingstijd en een verbeterde patiëntervaring. Lineaire versnellers bieden ook een klinische instelling voor cel cultuur gebaseerde straling biologie studies. De biologische en therapeutische implicaties van stralingsdosis en doserings percentages zijn een aandachtspunt geweest van stralings oncologen en biologen gedurende decennia6,7,8. Maar, de radiobiologie van extra hoge dosis snelheid bestraling en flits bestraling-een extreem hoge dosis straling-moet nog grondig worden onderzocht.
Gamma straal bestraling wordt veel gebruikt in celcultuurgebaseerde stralings biologie9,10,11. Straling wordt bereikt door gammastralen uit rottende radioactieve isotopen bronnen, typisch cesium-137. Het gebruik van radioactieve bronnen is sterk gereguleerd en vaak beperkt. Met brongebaseerde bestraling is het lastig om een breed scala aan doserings percentages te testen, waardoor het nut ervan wordt beperkt in de analyse van de biologische effecten van klinische haalbare dosis snelheden12.
Er zijn verschillende studies die zowel dosis en dosis rate effecten illustreren12,13,14,15,16,17. In deze studies, beide gamma-bestraling gegenereerd uit radioactieve isotopen of röntgenstralen gegenereerd uit lineaire versnellers werden gebruikt. Er werden verschillende cellijnen gebruikt die longkanker, baarmoederhalskanker, glioblastomen en melanoom vertegenwoordigen. Stralingseffecten op de overleving van cellen, arrestatie van celcyclus, apoptosis en DNA-beschadiging werden geëvalueerd als uitlezingen12,13,14,15,16,17 . Hier beschrijven we een methode om de biologische effecten van klinisch relevante stralingsdosis en dosis snelheden te definiëren door röntgenstraling te leveren met behulp van een lineaire versneller. Deze studies moeten worden uitgevoerd met nauwe samenwerking tussen de bioloog, stralings oncoloog en medische fysicus.
Protocol
Representative Results
Discussion
Radiotherapie is een integraal onderdeel van kanker management. Voortdurende inspanningen trachten de werkzaamheid en efficiëntie van de stralings behandeling te verbeteren. Verbeteringen in lineaire Accelerator technologie hebben de mogelijkheid geboden om patiënten met ongekende nauwkeurigheid en veiligheid te behandelen. Omdat de meeste patiënten worden behandeld met hoge energie X-stralen van lineaire versnellers, kunnen onderzoeken naar de biologische effecten van een groot aantal dosis snelheden die worden uitge…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We danken het departement Cleveland Clinic van stralings Oncologie voor het gebruik van de lineaire versnellers. We danken Dr. Jeremy Rich voor zijn gulle gave van glioom stam-achtige cellen. Dit onderzoek werd gesteund door de Cleveland Clinic.
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).
