שימוש במאיץ ליניארי לניהול ניסויים רדיוביולוגיה ביולוגיה
Summary
מאיצים ליניאריים קליניים יכולים לשמש כדי לקבוע את ההשפעות הביולוגיים של מגוון רחב של שיעורי מינון על תאים סרטניים. אנו דנים כיצד להגדיר מאיץ ליניארי עבור מבוסס התא בחני והוא אומר עבור תאים גזע כמו סרטן גדל כמו כדורי tumorspheres ההשעיה וקווי התאים הגדלים כמו תרבויות חסיד.
Abstract
טיפול הקרינה נשאר אחד אבני היסוד של ניהול סרטן. עבור רוב סוגי הסרטן, זהו הטיפול היעיל ביותר, לא כירורגי כדי debulk גידולים. כאן, אנו מתארים שיטה לאפשר האצת תאים סרטניים עם מאיץ ליניארי. קידום טכנולוגיית המאיץ הליניארי שיפר את הדיוק והיעילות של הטיפול בקרינה. ההשפעות הביולוגי של מגוון רחב של מנות קרינה וקצבי מינון ממשיכים להיות אזור אינטנסיבי של חקירה. שימוש במאיצים ליניארי יכול להקל על מחקרים אלה באמצעות מינונים רלוונטיים קלינית ושיעורי מינון.
Introduction
הקרנות היא טיפול יעיל עבור סוגים רבים של סרטן1,2,3,4. מינון גבוה במיוחד הקרנה היא חדשה יחסית בטיפול בקרינה והיא מתאפשרת על ידי פיתוחים טכנולוגיים אחרונים במאיצים ליניארי5. היתרונות הקליניים של שיעור המינון הגבוה ביותר על פני מינון סטנדרטי הקרנה כוללים זמן טיפול מקוצר וניסיון משופר המטופל. מאיצים לינאריים מספקים גם הגדרה קלינית ללימודי הקרינה המבוססת על תרביות תאים. ההשלכות הביולוגי והתרפויטי של מינון הקרינה ושיעורי המינון מתמקדים בעניין של אונקולוגים קרינה וביולוגים במשך עשורים שלמים6,7,8. אבל, הרדיוביולוגיה של תוספת במינון גבוה הקרנה הקרנה פלאש-שיעור מינון גבוה מאוד של קרינה-יש עדיין נחקר ביסודיות.
קרינת גמא משמשת רבות בביולוגיה רדיואקטיבית של תרבות התאים9,10,11. קרינה מושגת על ידי קרני גמא הנפלטת ממקורות איזוטופ רדיואקטיבי מדעיכה, בדרך כלל צסיום-137. שימוש במקורות רדיואקטיביים הוא מוסדר מאוד לעתים קרובות מוגבל. עם מקור מבוסס הקרנה, זה מאתגר לבדוק מגוון רחב של שיעורי מינון, הגבלת השירות שלה בניתוח של ההשפעות הביולוגית של המינון הקליני השגה שיעור12.
היו מספר מחקרים הממחישים הן את המינון ואת ההשפעות שיעור המינון12,13,14,15,16,17. במחקרים אלה, שימשו הן גמא-הקרנה מאיזוטופים רדיואקטיביים או קרני רנטגן שנוצרו ממאיצים ליניארי. מגוון של קווי תאים המייצגים סרטן ריאות, סרטן צוואר הרחם, גלינובלסטומה, ו מלנומה שימשו. השפעות קרינה על הישרדות התא, מעצר מחזור התא, ואפופטוזיס ונזק DNA הוערכו כמו קריאות12,13,14,15,16,17 . כאן, אנו מתארים שיטה להגדיר את ההשפעות הביולוגי של מינון קליני רלוונטי ושיעורי מינון על ידי אספקת רנטגן מבוסס קרינה באמצעות מאיץ ליניארי. יש לבצע מחקרים אלה בשיתוף פעולה הדוק בין הביולוגיה, אונקולוג הקרינה והפיזיקאי הרפואי.
Protocol
Representative Results
Discussion
הקרנות הוא חלק אינטגרלי של ניהול סרטן. מאמצים שוטפים מבקשים לשפר את היעילות והיעילות של טיפול בקרינה. פיתוחים בטכנולוגיית המאיץ הליניארי סיפקו את ההזדמנות לטפל בחולים בדיוק ובטיחות חסרי תקדים. מכיוון שרוב המטופלים מטופלים עם קרני רנטגן גבוהות ממאיצים ליניארי, מחקרים בוחנים את ההשפעות הב…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים למחלקת הקליניקה לאונקולוגיה בקליבלנד לשימוש במאיצים הליניארי. אנו מודים לד ר ג’רמי ריץ ‘ על מתנתו הנדיבה של תאים מגזע glioma. מחקר זה נתמך על ידי מרפאת קליבלנד.
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).
