Retroductal Submandibulaire Gland Blaasinstillatie en gelokaliseerde gefractioneerde bestraling in een Rat Model van het speeksel hypofunction
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
Collaterale vernietiging van gezond weefsel vertegenwoordigt een aantal schadelijke bijwerkingen van kankerbehandelingen. Een deel of geheel van de grote speekselklieren dat de stralingsvelden liggen onvermijdelijk vernietigd. Daarom zijn de meeste patiënten die radiotherapie voor hoofd- en nekkanker, baarmoederhalskanker lymfoom of volledige lichaamsbestraling voor beenmergtransplantatie lijden een van de meest voorkomende en persistente schadelijke effecten van straling, speekselklier hypofunction 2-6.
De fluïdum producerende acinaire cellen van de speekselklieren zijn uiterst gevoelig voor straling. Beschadiging van de speekselklieren veroorzaakt een drastische vermindering van de speekselproductie, een genoemd speeksel hypofunction voorwaarde. Chronische afname van speekselvloed schaadt belangrijke orale activiteiten zoals kauwen, slikken, spraak en smaak, maar de gevolgen van morbide intense pijn, mucosale tranen, dysfagie, opportunistische infecties en cariës verslechtert eenpatiënt welzijn en functie 2,3.
Aangezien radiotherapie geassocieerde speeksel celverlies onomkeerbaar is, er geen corrigerende behandeling van xerostomie. De huidige behandeling die zich richt op assuaging symptomen met kunstmatige speeksel substituten en prosecretory drugs is niet effectief voor de lange termijn verlichting 6. Hoewel verbeterde stralingsafgiftemiddelen technieken helpen verminderen de ernst van de aandoening, normaal weefsel toxiciteit en de complicaties ervan blijft een beperkende factor in kankerbehandeling 6,7. Pre-emptive maatregelen om radiotherapie bijbehorende complicaties te voorkomen zijn dan ook steeds de norm. Radio-beschermende middelen die vangen vrije radicalen oxygen species, bevorder cel herbevolking, of verbetering van DNA-reparatie worden onderzocht om speeksel hypofunction 8-11 af te wenden.
Afscheidingen van exocriene speekselklieren afwateren in de mond door de belangrijkste uitscheidingsmechanisme leidingen. Intra-orale infusen van The excretie leidingen voor injectie van contrastmiddelen wordt routinematig uitgevoerd als een poliklinische procedure. Met een soortgelijk benadering kan speekselklieren direct gericht voor het plaatselijk behandelen 12. Naast het risico van systemische bijwerkingen heeft retroductal klier indruppeling voordelen toegevoegd. De monolaag opstelling van speeksel cellen aan de ductale boom maakt targeting van speeksel epitheelcellen, en het vezelachtige inkapseling van de klier werkt als een barrière om ongewenste therapeutische spreiding reduceren. In wezen, speekselklieren zijn optimaal geschikt voor gerichte behandeling van schildklier aandoeningen, zoals door straling veroorzaakte speeksel hypofunction.
Conventionele bestraling bij de behandeling van kanker is in betrekkelijk geringe doses (1,8-2,5 Gy / fractie / dag, vijf dagen per week) gedurende weken. Daarom is een radio-beschermende therapeutische dat de werkzaamheid tegen een langdurige regeling straling blijkt in experimentele modellen heeft een grotere klinische lager. Compromaliseerde speekselklieren functie na gefractioneerde bestraling is opgenomen in kleine dieren, maar stralingsbron, fractie dosis en protocollen die gebruikt zijn gevarieerd 9,10,13.
Dit rapport stelt methoden voor retroductal levering aan en gelokaliseerde straling van rat onderkaakspeekselklier behulp van patiënt-relevante stralingsbron en fractie dosis.
Protocol
Representative Results
Discussion
Speekselklieren ontvangen vaak stralingsdoses boven de drempel van weefsel herstel bij patiënten die radiotherapie voor hoofd-halskanker, electieve ablatie van de nek knooppunten, of regionale hematologische maligniteiten. Hoewel de vloeistof afscheidende acinaire cellen van de klier gedifferentieerd zijn, zij paradoxaal stralingsgevoelige. De secretoire functie laat binnen de eerste weken van straling en onherstelbare schade klier leidt tot een chronische lage speeksel output. Ter bestrijding van slechte klierfunctie …
Divulgations
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
- 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).
- Chambers, M. S., Rosenthal, D. I., Weber, R. S. Radiation-induced xerostomia. Head Neck. 29 (1), 58-63 (2007).
- Sciubba, J. J., Goldenberg, D. Oral complications of radiotherapy. Lancet Oncol. 7 (2), 175-183 (2006).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Baum, B. J., Voutetakis, A., Wang, J. Salivary glands: novel target sites for gene therapeutics. Trends Mol Med. 10 (12), 585-590 (2004).
- 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).
- Timiri Shanmugam, P. S., et al. Recombinant AAV9-TLK1B administration ameliorates fractionated radiation-induced xerostomia. Hum Gene Ther. 24 (6), 604-612 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
