Bruk av en lineær akselerator for å gjennomføre in vitro Radiobiology eksperimenter

Summary

Kliniske lineære akseleratorer kan brukes til å bestemme biologiske effekter av et bredt spekter av dose rater på kreftceller. Vi diskuterer hvordan du setter opp en lineær akselerator for celle-baserte analyser og analyser for kreft stilk-lignende celler dyrket som tumorspheres i suspensjon og cellelinjer vokst som tilhenger kulturer.

Abstract

Strålebehandling er fortsatt en av hjørnesteinene i kreft ledelse. For de fleste kreftformer, er det den mest effektive, nonsurgical terapi til debulk svulster. Her beskriver vi en metode for å irradiate kreftceller med en lineær akselerator. Fremme av lineær akselerator teknologi har forbedret presisjon og effektivitet av strålebehandling. De biologiske virkningene av et bredt spekter av strålingsdoser og dose rater fortsetter å være et intenst undersøkelses område. Bruk av lineære akseleratorer kan forenkle disse studiene ved hjelp av klinisk relevante doser og dose rater.

Introduction

Strålebehandling er en effektiv behandling for mange typer kreft^1,2,3,4. Ekstra høy dose rate bestråling er relativt nytt i strålebehandling og er gjort mulig av nyere teknologiske fremskritt i lineære akseleratorer⁵. Kliniske fordeler med ekstra høy dose rate over standard dose rate bestråling inkluderer forkortet behandlingstid og forbedret pasient opplevelse. Lineære akseleratorer gir også en klinisk innstilling for cellekultur basert stråling biologi studier. Den biologiske og terapeutiske implikasjoner av stråling dose og dose ratene har vært et fokus av interesse for stråling onkologer og biologer i flere ti år⁶,^7,8. Men, radiobiology av ekstra høy dose rate bestråling og blits bestråling-en ekstremt høy dose frekvens av stråling-har ennå ikke grundig undersøkt.

Gamma Ray bestråling er mye brukt i cellekultur basert stråling biologi⁹,^10,11. Stråling oppnås ved gamma stråler som slippes ut fra råtnende radioaktive isotop kilder, typisk cesium-137. Bruk av radioaktive kilder er sterkt regulert og ofte begrenset. Med kildebasert bestråling, er det utfordrende å teste et bredt spekter av dose rater, noe som begrenser nytten i analysen av de biologiske virkningene av kliniske oppnåelige dose rater¹².

Det har vært flere studier som illustrerer både dose og dose rate effekter^12,13,¹⁴,^15,16,17. I disse studiene ble både gamma-bestråling generert fra radioaktive isotoper eller røntgenstråler generert fra lineære akseleratorer brukt. En rekke cellelinjer som representerer lungekreft, livmorhalskreft, glioblastom og melanom ble brukt. Stråle effekter på celle overlevelse, celle syklus arrest, apoptose og DNA skade ble evaluert som readouts^12,13,^14,15,16,17 . Her beskriver vi en metode for å definere de biologiske virkningene av klinisk relevant stråledose og dose rater ved å levere røntgenstråling ved hjelp av en lineær akselerator. Disse studiene bør utføres med nært samarbeid mellom biolog, stråling onkolog og medisinsk fysiker.

Protocol

1. celle forberedelse for suspensjon cellekultur Kultur glioma stilk-lignende celler i stilk cellen kultur medier på ca 5 x 106 celle/10 cm plater i en cellekultur inkubator med 5% co2, 95% relativ fuktighet ved 37 ° c.Merk: cellen kultur tilstand er den samme gjennom alle prosedyrene. Mediet som brukes i protokollen, er komplette medier. To dager før planlagt bestråling, samle glioma-lignende celler fra kultur platen med en steril 5 mL pipette inn i et 15 mL sentrifuger?…

Representative Results

Å undersøke celle syklus effekten av standard dose rate og ekstra høy dose rate bestråling av en lineær akselerator, tre prøver av glioma Stem-lignende celler ble utarbeidet ved hjelp av denne protokollen og samlet 24 h etter bestråling17: en kontroll prøve som ikke var bestrålt (figur 2A), en prøve bestrålt med 400 MU/min (Monitor enhet, 4,2 gy/min standard dose rate, figur 2B) til 4 Gy, og en…

Discussion

Strålebehandling er en integrert del av kreft styring. Pågående arbeidet søker å forbedre effekten og effektiviteten av strålebehandling. Fremskritt innen lineær akselerator teknologi har gitt muligheten til å behandle pasienter med uovertruffen nøyaktighet og sikkerhet. Siden de fleste pasientene behandles med røntgenstråler med høy energi fra lineære akseleratorer, kan studier som undersøker de biologiske virkningene av et stort utvalg av dose rater som utføres på lineære akseleratorer, være lett å b…

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