Einsatz eines Linearbeschleunigers zur Durchführung von In-Vitro-Radiobiologieexperimenten
Summary
Klinische Linearbeschleuniger können verwendet werden, um biologische Wirkungen einer Vielzahl von Dosisraten auf Krebszellen zu bestimmen. Wir diskutieren, wie ein Linearbeschleuniger für zellbasierte Assays und Assays für Krebsstammzellen-ähnliche Zellen eingerichtet werden kann, die als Tumorsphären in Suspensionund und Zelllinien als anhaftende Kulturen angebaut werden.
Abstract
Die Strahlentherapie bleibt einer der Eckpfeiler des Krebsmanagements. Für die meisten Krebsarten ist es die effektivste, nicht-chirurgische Therapie, um Tumore zu entwirn. Hier beschreiben wir eine Methode zur Bestrahlung von Krebszellen mit einem Linearbeschleuniger. Die Weiterentwicklung der Linearbeschleunigertechnologie hat die Präzision und Effizienz der Strahlentherapie verbessert. Die biologischen Auswirkungen einer Vielzahl von Strahlendosen und -dosen sind nach wie vor ein intensives Untersuchungsgebiet. Die Verwendung von Linearbeschleunigern kann diese Studien mit klinisch relevanten Dosen und Dosisraten erleichtern.
Introduction
Strahlentherapie ist eine wirksame Behandlung für viele Arten von Krebs1,2,3,4. Die Bestrahlung mit besonders hoher Dosisrate ist relativ neu in der Strahlentherapie und wird durch die jüngsten technologischen Fortschritte bei Linearbeschleunigernermöglicht 5. Klinische Vorteile einer extra hohen Dosisrate gegenüber der Standarddosisbestrahlung sind verkürzte Behandlungszeit und verbesserte Patientenerfahrung. Linearbeschleuniger bieten auch einen klinischen Rahmen für zellkulturbasierte strahlungsbiologische Studien. Die biologischen und therapeutischen Implikationen von Strahlendosis und Dosisraten sind seit Jahrzehnten ein Schwerpunkt von Strahlenonkologen und Biologen6,7,8. Aber die Radiobiologie der extra hohen Dosisbestrahlung und Blitzbestrahlung – eine extrem hohe Strahlendosis – muss noch gründlich untersucht werden.
Gammastrahlenbestrahlung ist weit verbreitet in der zellkulturbasierten Strahlungsbiologie9,10,11. Strahlung wird durch Gammastrahlen erreicht, die aus zerfallenden radioaktiven Isotopenquellen, typischerweise Cäsium-137, emittiert werden. Die Nutzung radioaktiver Quellen ist stark reguliert und oft eingeschränkt. Mit quellenbasierter Bestrahlung ist es eine Herausforderung, eine breite Palette von Dosisraten zu testen und seinen Nutzen bei der Analyse der biologischen Wirkungen klinisch erzielbarer Dosisraten12zu begrenzen.
Es gab mehrere Studien, die sowohl Dosis- als auch Dosisrate-Effekte veranschaulichen12,13,14,15,16,17. In diesen Studien wurden sowohl Gamma-Bestrahlungen aus radioaktiven Isotopen als auch Röntgenstrahlen aus Linearbeschleunigern verwendet. Es wurden eine Vielzahl von Zelllinien verwendet, die Lungenkrebs, Gebärmutterhalskrebs, Glioblastom und Melanom darstellen. Strahleneffekte auf das Zellüberleben, Zellzyklusstillstand, Apoptose und DNA-Schäden wurden als Auslesungenausgewertet 12,13,14,15,16,17 . Hier beschreiben wir eine Methode zur Definition der biologischen Auswirkungen klinisch relevanter Strahlendosis und -dosisraten durch die Bereitstellung von röntgenbasierter Strahlung mittels eines Linearbeschleunigers. Diese Studien sollten in enger Zusammenarbeit zwischen dem Biologen, Strahlenonkologen und dem medizinmedizinischen Physiker durchgeführt werden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Strahlentherapie ist ein integraler Bestandteil des Krebsmanagements. Die laufenden Bemühungen zielen darauf ab, die Wirksamkeit und Effizienz der Strahlenbehandlung zu verbessern. Fortschritte in der Linearbeschleunigertechnologie haben die Möglichkeit geboten, Patienten mit beispielloser Genauigkeit und Sicherheit zu behandeln. Da die meisten Patienten mit hochenergetischen Röntgenstrahlen von Linearbeschleunigern behandelt werden, können Studien, die die biologischen Auswirkungen einer großen Bandbreite von Dosis…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken der Cleveland Clinic Department of Radiation Oncology für den Einsatz der Linearbeschleuniger. Wir danken Dr. Jeremy Rich für sein großzügiges Geschenk an Gliom-Stammzellen. Diese Forschung wurde von der Cleveland Clinic unterstützt.
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
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