Summary

Retroductal Submandibularis Gland Instillation og Lokaliseret Fraktioneret Bestråling i en rotte model af spyt hypofunktion

Published: April 24, 2016
doi:

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

Collateral destruktion af sundt væv udgør en række skadelige bivirkninger af kræftbehandling. En del af eller hele de store spytkirtler, der ligger med den stråling felter er uundgåeligt ødelagt. Derfor er de fleste patienter, der gennemgår strålebehandling for hoved-halscancer, livmoderhalskræft lymfom, eller hele kroppen stråling før knoglemarvstransplantation lide en af de mest almindelige og vedvarende bivirkninger af stråling, spytkirtel hypofunction 2-6.

Fluidet-producerende acinære celler af spytkirtlerne er akut følsomme for stråling. Skader på spytkirtlerne forårsager en drastisk formindskelse af spyt flow, en tilstand kaldet spyt hypofunktion. Den kroniske reduktion i spyt flow svækker centrale mundtlige aktiviteter såsom tygning, synkning, tale, og smag, men morbid følgesygdomme af intens smerte, slimhinder tårer, dysfagi, opportunistiske infektioner, og caries forværrer enpatientens velbefindende og funktion 2,3.

Da radioterapi-associeret spyt celletab er irreversibel, er der ingen korrigerende behandling af xerostomi. Aktuel behandling, der fokuserer på at lindre symptomerne med kunstige spyt erstatninger og prosecretory lægemidler er ineffektiv for langsigtet nødhjælp 6. Selvom forbedrede stråling leveringsteknikker har hjulpet mindske sværhedsgraden af den tilstand, normale væv toksicitet og dens komplikationer fortsat en begrænsende faktor i kræftbehandlingen 6,7. Forebyggende foranstaltninger for at forhindre strålebehandling-associerede komplikationer er derfor ved at blive normen. Radio-beskyttende stoffer, der bekæmper frie radikaler ilt arter, fremme cellerepopulation, eller øge DNA-reparation bliver udforsket at afværge spyt hypofunktion 8-11.

Sekreter af eksokrine spytkirtler dræne ind i munden gennem de vigtigste udskillelsesvej kanaler. Intra-oral kanylering af the ekskretionsorganerne kanaler til injektion af kontrastmidler sker rutinemæssigt som en ambulant procedure. Ved hjælp af en lignende fremgangsmåde, kan spytkirtler direkte målrettet til lokaliseret behandling 12. Bortset fra at reducere risikoen for systemiske bivirkninger, har retroductal kirtel instillation ekstra fordele. Den monolag arrangement af spyt celler omkring duktalt træet tillader målretning af alle spyt epitelceller, og det fibrøse indkapsling af kirtel virker som en barriere for at reducere uønskede terapeutisk spredning. I det væsentlige, spytkirtler er optimalt egnet til målrettet behandling af kirtel lidelser såsom stråling-induceret spyt hypofunktion.

Konventionel stråling til kræftbehandling leveres i små doser (1,8-2,5 Gy / fraktion / dag, fem dage om ugen) i en periode på uger. Derfor er en radio-beskyttende terapeutisk, der viser effekt mod en langvarig stråling ordning i forsøgsmodeller har større klinisk betydning. Compromised spyt funktion efter fraktioneret stråling er blevet registreret i små dyr, men stråling kilde, fraktion dosis og protokoller, der anvendes er varierede 9,10,13.

Denne rapport fastslår metoder til retroductal levering til og lokaliseret stråling af rotte submandibulære kirtler hjælp patient-relevant strålekilde og fraktion dosis.

Protocol

Alle procedurer blev godkendt af LSU Health, Shreveport, Animal Care og brug Udvalg og var i overensstemmelse med NIH retningslinjer for pasning og anvendelse af forsøgsdyr. 1. Kanylering af Rat Submandibularis spytkirtler Udarbejdelse af Sprøjte-Tubing Assembly Skær en 10 cm længde af PE10 polyethylenslange med en skalpel. Hold begge ender af slangen mellem pegefinger og tommelfinger. Opvarm den midterste del af røret over en blid flamme, og forsigt…

Representative Results

Tilpasning af en minimalt invasiv sialography teknik, lokal behandling af større spytkirtler er mulig. Retroductal administration i rotte submandibulære spytkirtler blev forsøgt ved intraoral kanylering af Whartons kanaler (figur 2). Spyt aftrækskanaler Wharton åbne på den sublinguale papiller placeret på gulvet i munden, men åbningerne er ikke umiddelbart synlige. Insertion af kanylen blev derfor udført ved forsigtig sondering. For at undgå uheldige blødning …

Discussion

Spytkirtler modtager ofte stråledoser ud over tærsklen af ​​væv opsving i patienter, der gennemgår strålebehandling for hoved-halscancer, elektiv ablation af halsen noder, eller regionale hæmatologiske maligniteter. Selvom fluidet-udskillende acinarceller af kirtlen er terminalt differentieret, er de paradoksalt følsomme for stråling. Den sekretoriske funktion falder inden for de første uger af stråling, og irreversible kirtel skaden skyldes en kronisk lav spyt output. For at bekæmpe dårlig kirtel funkti…

Disclosures

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

  1. 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).
  2. Chambers, M. S., Rosenthal, D. I., Weber, R. S. Radiation-induced xerostomia. Head Neck. 29 (1), 58-63 (2007).
  3. Sciubba, J. J., Goldenberg, D. Oral complications of radiotherapy. Lancet Oncol. 7 (2), 175-183 (2006).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Baum, B. J., Voutetakis, A., Wang, J. Salivary glands: novel target sites for gene therapeutics. Trends Mol Med. 10 (12), 585-590 (2004).
  13. 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).
  14. Timiri Shanmugam, P. S., et al. Recombinant AAV9-TLK1B administration ameliorates fractionated radiation-induced xerostomia. Hum Gene Ther. 24 (6), 604-612 (2013).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
check_url/kr/53785?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Nair, R. P., Zheng, C., Sunavala-Dossabhoy, G. Retroductal Submandibular Gland Instillation and Localized Fractionated Irradiation in a Rat Model of Salivary Hypofunction. J. Vis. Exp. (110), e53785, doi:10.3791/53785 (2016).

View Video