Ocena wpływu dawki i mocy promieniowania jonizującego na komórki raka piersi. The assessment of the effect of ionizing radiation dose and dose rate for breast cancer cells

Main Article Content

Marika Musielak

Abstract

Rak piersi jest najczęściej występującym typem nowotworu wśród kobiet. Ze względu na odmienne typy histologiczne guzów, stosuje się różne podejście terapeutyczne. Najczęściej jest to leczenie skojarzone, obejmujące chirurgiczne usunięcie ogniska nowotworowego, radioterapię oraz leczenie cytostatykami. Jednakże, głównym celem każdej stosowanej terapii jest zniszczenie komórek nowotworowych przy odpowiednio niskim uszkodzeniu tkanek  zdrowych. Celem pracy była ocena wpływu stosowanych klinicznie schematów napromieniania radioterapeutycznego, za pomocą wiązki promieniowania jonizującego.Zbadano wpływ wielkości dawki (ang. Dose, D) 0 Gy; 1,0 Gy; 2,0 Gy; 4,0 Gy oraz mocy dawki (ang. Dose Rate, DR) 300 i 600 cGy/min. W doświadczeniu wykorzystano dwie linie komórkowe raka piersi MDA–MB–231 oraz MDA–MB–468, zaliczające się do typu raka piersi potrójnie negatywnego (ang. triple negative breast cancer, TNBC). Przy pomocy testów klonogennych obliczono  frakcję przeżywalności (ang. surviving fraction, SF) dla poszczególnych dawek oraz wykreślono krzywe przeżycia będące zależnością SF(D). Wykazano, że wraz ze wzrostem dawki, przeżywalność komórek maleje, zgodnie z założeniami modelu liniowo-kwadratowego. Porównując obydwie linie komórkowe, zaobserwowano różnice w krzywych przeżywalności obejmujący niskie dawki promieniowania. W przypadku MDA-MB–231, w przedziale dawki poniżej 2 Gy, stwierdzono znaczne obniżenie przeżywalności, które sugeruje wystąpienie zjawiska hiperwrażliwości na promieniowanie. Odmienna wyniki zaobserwowano dla linii MDA–MB–468 w zakresie <2 Gy, gdzie współczynnik SF przeżycia przekraczał wartości powyżej 1.0, co może świadczyć o wzmożonej stymulacji proliferacji.Śledząc wykreślone zależności SF(D), można jednoznacznie określić, jak dany typ linii nowotworowej odpowiada na traktowanie różnymi schematami promieniowania. Nie wykazano istotnych różnic pomiędzy zastosowaniem dwóch różnych mocy przy tej samej dawce. Poprzez zwiększenie DR, skraca się czas trwania ekspozycji. W konsekwencji pacjent otrzyma podobną dawkę w krótszym czasie, co skutkuje podwyższeniem komfortu podczas leczenia.

Article Details

How to Cite
Musielak, M. (2019). Ocena wpływu dawki i mocy promieniowania jonizującego na komórki raka piersi. The assessment of the effect of ionizing radiation dose and dose rate for breast cancer cells. Letters in Oncology Science, 15(4), 117-125. https://doi.org/10.21641/los.15.4.82
Section
Articles

References

1. Siegel RL, Miller KD, Jemal A. Cancer statistics, 2017. CA Cancer J Clin. 2017 Jan;67(1):7–30.

2. Boyle P, Levin B, International Agency for Research on Cancer, World Health Organization, editors. World cancer report 2008. Lyon : Geneva: International Agency for Research on Cancer ; Distributed by WHO Press; 2008. 510 p.

3. Kelsey JL, Bernstein L. Epidemiology and Prevention of Breast Cancer. Annu Rev Public Health. 1996 Jan 1;17(1):47–67.

4. Chavez KJ, Garimella SV, Lipkowitz S. Triple negative breast cancer cell lines: One tool in the search for better treatment of triple negative breast cancer. Eng-Wong J, Zujewski JA, editors. Breast Dis. 2011 Mar 15;32(1–2):35–48.

5. Atun R, Jaffray DA, Barton MB, Bray F, Baumann M, Vikram B, et al. Expanding global access to radiotherapy. Lancet Oncol. 2015 Sep;16(10):1153–86.

6. Baskar R, Lee KA, Yeo R, Yeoh K-W. Cancer and Radiation Therapy: Current Advances and Future Directions. Int J Med Sci. 2012;9(3):193–9.

7. Nickoloff JA, Hoekstra MF, editors. DNA Damage and Repair [Internet]. Totowa, NJ: Humana Press; 1998 [cited 2018 Oct 8]. Available from: http://link.springer.com/10.1007/978-1-59259-455-9

8. Thompson MK, Poortmans P, Chalmers AJ, Faivre-Finn C, Hall E, Huddart RA, et al. Practice-changing radiation therapy trials for the treatment of cancer: where are we 150 years after the birth of Marie Curie? Br J Cancer. 2018 Aug;119(4):389–407.

9. Malicki J, Ślosarek K, Via Medica. Planowanie leczenia i dozymetria w radioterapii. T. 1 T. 1. Gdańsk: Via Medica; 2016.

10. Hall EJ, Brenner DJ. The dose-rate effect revisited: radiobiological considerations of importance in radiotherapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1991 Nov;21(6):1403–14.

11. Van Der Kogel A, Jioner M, EBSCO Publishing. Basic clinical radiobiology. London: Hodder; 2009.

12. Steel GG. The ESTRO Breur lecture. Cellular sensitivity to low dose-rate irradiation focuses the problem of tumour radioresistance. Radiother Oncol J Eur Soc Ther Radiol Oncol. 1991 Feb;20(2):71–83.

13. Wan XS, Bloch P, Ware JH, Zhou Z, Donahue JJ, Guan J, et al. Detection of oxidative stress induced by low- and high-linear energy transfer radiation in cultured human epithelial cells. Radiat Res. 2005 Apr;163(4):364–8.

14. Gasińska A. Biologiczne podstawy radioterapii: skrypt dla studentów fizyki medycznej oraz lekarzy specjalizujących się w zakresie radioterapii. Kraków: Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica. Ośrodek Edukacji Niestacjonarnej; 2001.

15. Limoli CL, Ponnaiya B, Corcoran JJ, Giedzinski E, Kaplan MI, Hartmann A, et al. Genomic instability induced by high and low let ionizing radiation. Adv Space Res. 2000 Jan;25(10):2107–17.

16. Podgoršak EB, International Atomic Energy Agency, editors. Radiation oncology physics: a handbook for teachers and students. Vienna: International Atomic Energy Agency; 2005. 657 p.

17. Rafehi H, Orlowski C, Georgiadis GT, Ververis K, El-Osta A, Karagiannis TC. Clonogenic Assay: Adherent Cells. J Vis Exp [Internet]. 2011 Mar 13 [cited 2018 Sep 11];(49). Available from: http://www.jove.com/index/Details.stp?ID=2573

18. Chadwick KH, Leenhouts HP. A molecular theory of cell survival. Phys Med Biol. 1973 Jan;18(1):78–87.

19. Dale RG. Dose-rate effects in targeted radiotherapy. Phys Med Biol. 1996 Oct;41(10):1871–84.

20. de Ruijter TC, Veeck J, de Hoon JPJ, van Engeland M, Tjan-Heijnen VC. Characteristics of triple-negative breast cancer. J Cancer Res Clin Oncol. 2011 Feb;137(2):183–92.

21. Hall EJ, Giaccia AJ. Radiobiology for the Radiologist. [Internet]. Philadelphia: Wolters Kluwer; 2014 [cited 2018 Sep 10]. Available from: http://public.eblib.com/choice/publicfullrecord.aspx?p=3418470

22. Matsuya Y, Tsutsumi K, Sasaki K, Date H. Evaluation of the cell survival curve under radiation exposure based on the kinetics of lesions in relation to dose-delivery time. J Radiat Res (Tokyo). 2015 Jan 1;56(1):90–9.

23. Saunders MI. Predictive testing of radiosensitivity in non-small cell carcinoma of the lung. Lung Cancer Amst Neth. 1994 Mar;10 Suppl 1:S83-90.

24. Franken NAP, Oei AL, Kok HP, Rodermond HM, Sminia P, Crezee J, et al. Cell survival and radiosensitisation: Modulation of the linear and quadratic parameters of the LQ model. Int J Oncol. 2013 May;42(5):1501–15.

25. Unkel S, Belka C, Lauber K. On the analysis of clonogenic survival data: Statistical alternatives to the linear-quadratic model. Radiat Oncol [Internet]. 2016 Dec [cited 2018 Oct 7];11(1). Available from: http://www.ro-journal.com/content/11/1/11

26. Buch K, Peters T, Nawroth T, Sänger M, Schmidberger H, Langguth P. Determination of cell survival after irradiation via clonogenic assay versus multiple MTT Assay--a comparative study. Radiat Oncol Lond Engl. 2012 Jan 3;7:1.

27. Hall EJ. Radiation dose-rate: a factor of importance in radiobiology and radiotherapy. Br J Radiol. 1972 Feb;45(530):81–97.

28. Calabrese EJ, Baldwin LA. Defining hormesis. Hum Exp Toxicol. 2002 Feb;21(2):91–7.

29. Luckey TD. Radiation Hormesis: The Good, the Bad, and the Ugly. Dose-Response. 2006 Jul;4(3):dose-response.0.

30. Liang X, Gu J, Yu D, Wang G, Zhou L, Zhang X, et al. Low-Dose Radiation Induces Cell Proliferation in Human Embryonic Lung Fibroblasts but not in Lung Cancer Cells: Importance of ERK1/2 and AKT Signaling Pathways. Dose-Response. 2016 Feb 26;14(1):155932581562217.

31. Guirado D, Aranda M, Ortiz M, Mesa JA, Zamora LI, Amaya E, et al. Low-dose radiation hyper-radiosensitivity in multicellular tumour spheroids. Br J Radiol. 2012 Oct;85(1018):1398–406.

32. Everitt B, editor. Cluster analysis. 5th ed. Chichester, West Sussex, U.K: Wiley; 2011. 330 p. (Wiley series in probability and statistics).

33. Jolliffe IT. Principal component analysis. 2nd ed. New York: Springer; 2002. 487 p. (Springer series in statistics).

34. Matsuya Y, McMahon SJ, Tsutsumi K, Sasaki K, Okuyama G, Yoshii Y, et al. Investigation of dose-rate effects and cell-cycle distribution under protracted exposure to ionizing radiation for various dose-rates. Sci Rep [Internet]. 2018 Dec [cited 2018 Oct 7];8(1). Available from: http://www.nature.com/articles/s41598-018-26556-5

35. Oktaria S, Lerch MLF, Rosenfeld AB, Tehei M, Corde S. In vitro investigation of the dose-rate effect on the biological effectiveness of megavoltage X-ray radiation doses. Appl Radiat Isot. 2017 Oct;128:114–9.

36. Sørensen BS, Vestergaard A, Overgaard J, Præstegaard LH. Dependence of cell survival on instantaneous dose rate of a linear accelerator. Radiother Oncol. 2011 Oct;101(1):223–5.

37. Amundson SA. Inverse dose-rate effect for mutation induction by gamma-rays in human lymphoblasts. Int J Radiat Biol. 1996 Jan;69(5):555–63.

38. Stevens DL, Bradley S, Goodhead DT, Hill MA. The Influence of Dose Rate on the Induction of Chromosome Aberrations and Gene Mutation after Exposure of Plateau Phase V79-4 Cells with High-LET Alpha Particles. Radiat Res. 2014 Sep;182(3):331–7.

39. Rühm W, Azizova TV, Bouffler SD, Little MP, Shore RE, Walsh L, et al. Dose-rate effects in radiation biology and radiation protection. Ann ICRP. 2016 Jun;45(1_suppl):262–79.

40. Bedford JS, Mitchell JB. Dose-rate effects in synchronous mammalian cells in culture. Radiat Res. 1973 May;54(2):316–27.

41. Xu B, Kim S-T, Lim D-S, Kastan MB. Two Molecularly Distinct G2/M Checkpoints Are Induced by Ionizing Irradiation. Mol Cell Biol. 2002 Feb 15;22(4):1049–59.

42. Vilenchik MM, Knudson AG. Radiation dose-rate effects, endogenous DNA damage, and signaling resonance. Proc Natl Acad Sci. 2006 Nov 21;103(47):17874–9.

43. Krempler A, Deckbar D, Jeggo PA, Lobrich M. An Imperfect G 2 M Checkpoint Contributes to Chromosome Instability Following Irradiation of S and G 2 Phase Cells. Cell Cycle. 2007 Jul 15;6(14):1682–6.

44. Marín A, Martín M, Liñán O, Alvarenga F, López M, Fernández L, et al. Bystander effects and radiotherapy. Rep Pract Oncol Radiother. 2015 Jan;20(1):12–21.

45. Pierquin B, Calitchi E, Mazeron JJ, Le Bourgeois JP, Leung S. A comparison between low dose rate radiotherapy and conventionally fractionated irradiation in moderately extensive cancers of the oropharynx. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1985 Mar;11(3):431–9.