Использование линейного ускорителя для проведения в пробирке радиобиологических экспериментов
Summary
Клинические линейные ускорители могут быть использованы для определения биологического воздействия широкого спектра дозовых ставок на раковые клетки. Мы обсуждаем, как создать линейный ускоритель для клеточных анализов и анализов для раковых стволовых клеток, выращенных в качестве опухолевых сфер в подвеске и клеточных линиях, выращенных как адепткультуры.
Abstract
Лучевая терапия остается одним из краеугольных камней борьбы с раком. Для большинства видов рака, это наиболее эффективная, нехирургическая терапия debulk опухолей. Здесь мы описываем метод облучения раковых клеток линейным ускорителем. Развитие технологии линейного ускорителя повысило точность и эффективность лучевой терапии. Биологическое воздействие широкого спектра доз радиации и дозы по-прежнему является интенсивной областью исследования. Использование линейных ускорителей может облегчить эти исследования с использованием клинически значимых доз и дозы.
Introduction
Радиотерапия является эффективным лечением длямногих видов рака 1,2,3,4. Дополнительное облучение высокой дозы является относительно новым в лучевой терапии и стало возможным благодаря последним технологическим достижениям в линейных ускорителях5. Клинические преимущества дополнительной высокой дозы по сравнению со стандартной дозой облучения включают в себя сокращенное время лечения и улучшение опыта пациента. Линейные ускорители также обеспечивают клинические условия для клеточной культуры на основе радиационной биологии исследований. Биологические и терапевтические последствия дозы радиации и дозы были в центре внимания радиационных онкологов и биологов на протяжениидесятилетий6,7,8. Однако радиобиология облучения с высокой дозой и облучения вспышки – чрезвычайно высокая доза радиации – до сих пор не исследована.
Облучение гамма-лучей широко используетсяв клеточной культуре на основе радиационной биологии 9,10,11. Радиация достигается гамма-лучами, испускаемыми из разлагающихся радиоактивных источников изотопа, как правило, цезия-137. Использование радиоактивных источников строго регулируется и часто ограничено. С исходным облучением, это сложно проверить широкий спектр дозовых ставок, ограничивая его полезность в анализе биологических эффектов клинических достижимых ставок дозы12.
Там было несколько исследований, которые иллюстрируют как доза и скорость дозы эффекты12,13,14,15,16,17. В этих исследованиях использовались как гамма-облучение, генерируемое радиоактивными изотопами, так и рентгеновские лучи, полученные из линейных ускорителей. Были использованы различные клеточные линии, представляющие рак легких, рак шейки матки, глиобластому и меланому. Радиационное воздействие на выживаемость клеток, арест клеточного цикла, апоптоз и повреждение ДНК были оценены как считываний12,13,14,15,16,17 . Здесь мы описываем метод определения биологических эффектов клинически релевантной дозы и дозы, обеспечивая рентгеновское излучение с помощью линейного ускорителя. Эти исследования должны проводиться при тесном сотрудничестве между биологом, радиационным онкологом и медицинским физиком.
Protocol
Representative Results
Discussion
Радиотерапия является неотъемлемой частью борьбы с раком. Продолжающиеся усилия направлены на повышение эффективности и эффективности лучевой терапии. Достижения в технологии линейного ускорителя предоставили возможность лечить пациентов с беспрецедентной точностью и безопасност…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим Кливлендскую клинику за использование линейных ускорителей. Мы благодарим доктора Джереми Рича за его щедрый дар стволовых клеток, похожих на глиому. Это исследование было поддержано Кливлендской клиникой.
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 |
Riferimenti
- 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).
