Uso de um acelerador linear para realização de experimentos de radiobiologia in vitro
Summary
Aceleradores lineares clínicos podem ser usados para determinar os efeitos biológicos de uma ampla gama de taxas de dose em células cancerosas. Nós discutimos como estabelecer um acelerador linear para os ensaios e os ensaios Cell-Based para o cancro Stem-como as pilhas crescidas como tumorspheres na suspensão e nas linhas de pilha crescidas como culturas aderentes.
Abstract
A radioterapia continua sendo uma das pedras angulares do manejo do câncer. Para a maioria de cancros, é a terapia a mais eficaz, Nonsurgical aos tumores do resseca. Aqui, descrevemos um método para irradiar células cancerosas com um acelerador linear. O avanço da tecnologia de acelerador linear melhorou a precisão e eficiência da radioterapia. Os efeitos biológicos de uma ampla gama de doses de radiação e taxas de dose continuam a ser uma área intensa de investigação. O uso de aceleradores lineares pode facilitar esses estudos usando doses clinicamente relevantes e taxas de dose.
Introduction
A radioterapia é um tratamento efetivo para muitos tipos de câncer1,2,3,4. A irradiação da taxa de dose elevada extra é relativamente nova na terapia de radiação e é feita possível por avanços tecnológicos recentes em aceleradores lineares5. As vantagens clínicas da taxa de dose extra elevada sobre a irradiação padrão da taxa de dose incluem o tempo encurtado do tratamento e a experiência paciente melhorada. Aceleradores lineares também fornecem um cenário clínico para estudos de biologia de radiação baseada em cultura celular. As implicações biológicas e terapêuticas da dose de radiação e das taxas de dose têm sido foco de interesse de oncologistas e biólogos pordécadas 6,7,8. Mas, a radiobiologia da irradiação extra elevada da taxa de dose e da irradiação instantânea-uma taxa de dose extremamente elevada de radiação-tem que ainda ser investigada completamente.
A irradiação de raios gama é amplamente utilizada na biologia da radiação baseada na cultura celular9,10,11. A radiação é alcançada por raios gama emitidos a partir de fontes de isótopos radioactivos em decomposição, tipicamente césio-137. O uso de fontes radioativas é altamente regulado e muitas vezes restrito. Com irradiação baseada em fonte, é desafiador testar uma ampla gama de taxas de dose, limitando sua utilidade na análise dos efeitos biológicos das taxas de dose realizáveis clínicas12.
Existem vários estudos que ilustram os efeitos da dose e da taxa de dose12,13,14,15,16,17. Nesses estudos, foi utilizada a irradiação gama gerada a partir de isótopos radioativos ou raios-X gerados a partir de aceleradores lineares. Uma variedade de linhas de pilha que representam o cancro de pulmão, o cancro cervical, o glioblastoma, e o melanoma foram usados. Efeitos de radiação na sobrevida celular, parada do ciclo celular, apoptose e dano de DNA foram avaliados como leituras12,13,14,15,16,17 . Aqui, nós descrevemos um método para definir os efeitos biológicos de doses de radiação clinicamente relevantes e taxas de dose através da entrega de radiação baseada em raios-X usando um acelerador linear. Estes estudos devem ser realizados com estreita colaboração entre o biólogo, oncologista de radiação e físico médico.
Protocol
Representative Results
Discussion
A radioterapia é parte integrante do manejo do câncer. Os esforços contínuos procuram melhorar a eficácia e a eficiência do tratamento de radiação. Os avanços na tecnologia de acelerador linear têm proporcionado a oportunidade de tratar pacientes com precisão e segurança sem precedentes. Como a maioria dos pacientes é tratada com raios-X de alta energia de aceleradores lineares, estudos que examinam os efeitos biológicos de uma grande variedade de taxas de dose executadas em aceleradores lineares podem ser …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos ao departamento de clínica de Oncologia de Cleveland Radiation para uso dos aceleradores lineares. Agradecemos ao Dr. Jeremy Rich por seu generoso dom de células glioma tronco-like. Esta pesquisa foi apoiada pela Cleveland Clinic.
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
- 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).
