Retroductal Submandibular Gland instillation och Lokaliserad Fraktionerad bestrålning i en råttmodell av saliv hypofunktion
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
Säkerheter förstörelse av frisk vävnad svarar för ett antal skadliga biverkningar av cancerbehandlingar. En del av eller hela de stora spottkörtlarna som ligger med strålningsfält oundvikligen förstörs. Därför är de flesta patienter som genomgår strålbehandling för huvud- och halscancer, livmoderhalscancer lymfom, eller hela kroppen strålning före benmärgstransplantation lider en av de vanligaste och mest ihållande negativa effekter av strålning, spottkörtel underfunktion 2-6.
De fluidproducerande acinarceller i spottkörtlarna är mycket känsliga för strålning. Skador på spottkörtlarna orsakar en drastisk minskande av salivflödet, ett tillstånd kallat saliv hypofunktion. Den kroniska minskning av salivflödet försämrar viktiga orala aktiviteter såsom tugg, svälja, tal, och smak, men den sjukliga följderna av intensiv smärta, slemhinnor tårar, dysfagi, opportunistiska infektioner och karies förvärrar enpatientens välbefinnande och funktion 2,3.
Eftersom strålbehandling associerade salivcellförlust är irreversibel, det finns ingen korrigerande behandling av muntorrhet. Nuvarande behandling som fokuserar på assuaging symtom med konstgjorda salivsubstitut och prosecretory läkemedel är ineffektiva för långvarig lindring 6. Även om förbättrade strålningsleveranstekniker har hjälpt minska svårighetsgraden hos tillståndet, normal vävnadstoxicitet och dess komplikationer förblir en begränsande faktor vid cancerbehandling 6,7. Förebyggande åtgärder för att förhindra strålbehandling relaterade komplikationer, därför blir normen. Radioskyddande medel som rensar fria radikaler syreradikaler, främja cellrepopulation eller förbättra DNA-reparation undersöks för att avvärja saliv hypofunktion 8-11.
Sekret av exokrina salivkörtlar rinna in i munnen genom huvudutsöndringskanalerna. Intra-oral kanylering av the exkretoriska kanaler för insprutning av kontrastmedel görs rutinmässigt som ett öppenvården förfarandet. Med hjälp av ett liknande tillvägagångssätt, kan spottkörtlar direkt riktade för lokaliserad behandling 12. Bortsett från att minska risken för systemiska biverkningar, har retroductal körtel tillförseln extra fördelar. Monoskiktet arrangemang av spott celler runt duktal trädet medger inriktning av alla spott epitelceller, och fiber inkapsling av körteln fungerar som en barriär för att minska oönskade terapeutisk spridning. I huvudsak spottkörtlar är optimalt lämpade för målinriktad behandling av körtel åkommor såsom strålningsinducerad salivunderfunktion.
Konventionell strålning för cancerbehandling levereras i små doser (1,8-2,5 Gy / fraktion / dag, fem dagar i veckan) under en period av veckor. Därför är en radioskyddande terapeutisk som visar effekt mot en utdragen strålning system i experimentella modeller har större klinisk betydelse. COMPROmeras saliv funktion efter fraktionerad strålning har spelats in i små djur, men strålningskälla, dosfraktionen och protokoll som används varierar 9,10,13.
Denna rapport fast metoder för retroductal leverans till och lokal strålning av rått submandibular körtlar använder patient relevant strålkälla och dosfraktionen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Spottkörtlar får ofta stråldoser över tröskeln av vävnad återhämtning hos patienter som genomgår strålbehandling för huvud halscancer, elektiv ablation av nack noder, eller regionala hematologiska maligniteter. Även om vätske utsöndrar acinarceller av körteln är terminalt differentierade, de är paradoxalt känsliga för strålning. Sekretoriska funktion sjunker inom de första veckorna av strålning, och irreversibla körtel skada resulterar i en kronisk låg saliv utgång. För att bekämpa dålig kör…
Divulgazioni
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 |
Riferimenti
- 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).
