РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2012, том 52, № 5, с. 510-516
КОМБИНИРОВАННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
УДК [57+61]::539.1.04:616-006:614.876
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОБЛУЧЕНИЯ И ГИПЕРТЕРМИИ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОМ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ОПУХОЛЕВЫЕ КЛЕТКИ in vitro И ПЕРЕВИВНЫЕ
ОПУХОЛИ in vivo
© 2012 г. А. А. Вайнсон1 *, В. В. Мещерикова1, Ю. Е. Лаврова2, В. Н. Мазохин3
1 Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина РАМН, Москва
2 Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", Москва
3 НПП "Исток", Фрязино
Изучали эффективность последовательного и одновременного действия гипертермии (прогрева до 42—43°С в течение 1 ч) и у- (или протонного) облучения клеток in vitro или перевивных опухолей in vivo. Установлено, что жизнеспособность клеток V-79, равно как и трансплантированных мышам меланомы В-16 и карциномы ELD, при облучении в середине сеанса гипертермии снижается в существенно большей степени, чем при проведении сеанса гипертермии спустя 1 ч после облучения, как это делается в большинстве случаев в клинике при терморадиотерапии опухолей человека. Эти результаты в совокупности с данными литературы послужили основанием для разработки СВЧ-из-лучателей, которые могут быть использованы в поле ионизирующих излучений.
Опухолевые клетки in vitro, перевивные опухоли мышей, облучение, гипертермия.
При лечении злокачественных новообразований во многих клиниках мира используется гипертермия — локальный нагрев опухолей в течение часа до температуры 41—44°С [1—3]. В частности, в РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН лучевая терапия в сочетании с СВЧ-гипертермией является постоянным компонентом лечения новообразований прямой кишки, десмоидных опухолей и метастазов рака молочных желез, и периодически применяется при лечении других опухолей [4—6]. Особенности развития опухолевой сосудистой сети способствуют меньшему оттоку подводимого тепла и большему нагреву новообразования по сравнению с окружающими нормальными тканями [7, 8].
Считается, что при использовании этого агента в клинике температура опухоли лишь на небольшое время повышается до 43—44°С, а в основном колеблется около 41—42°С, что связано, в частности, с возникновением у человека при нагреве до 44°С болевого эффекта. Во время сеанса гипертермии от самого нагрева повреждается лишь ограниченная фракция опухолевых клеток, поэтому обычно гипертермию применяют не как самостоятельный компонент лечения, а сочетают с радио- и химиотерапией, так что основной эффект достигается за счет снижения способности
* Адресат для корреспонденции: 115478 Москва, РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН; тел.: (499) 324-16-70; e-mail: wainson@ronc.ru.
клеток к восстановлению от повреждения, нанесенного этими агентами.
В случае радиотермотерапии опухоли облучение и прогрев используют, как правило, в режиме последовательного воздействия, и больной проходит сеанс облучения, а затем идет на сеанс гипертермии. Однако имеется несколько экспериментальных работ, указывающих на возможность получения более выраженного поражения опухолей при одновременном использовании обоих воздействий [9—13]. Объясняют это как большим повреждением клеток при облучении на фоне повышенной температуры, когда нагрев угнетает репарацию разрывов ДНК сразу после их индуцирования, так и усилением опухолевого кровотока, физиологически изменяющегося в ответ на нагрев ткани и улучшающего оксигенацию ранее гипоксических зон опухоли [8], что приводит к снижению радиорезистентности находившихся в этих зонах клеток.
Трудность к переходу в клинике на облучение опухолей во время проведения гипертермического сеанса определяется как ограниченностью экспериментальных данных о преимуществе одновременной терморадиотерапии, что важно для изменения схемы налаженного лечебного процесса, так и отсутствием оборудования, в частности, СВЧ-излучателей (антенн), способных длительно функционировать в зоне ионизирующих излучений.
Целью настоящего исследования было сравнение эффективности режимов радиотермотерапии при последовательном и совместном использовании этих агентов. Получение собственных данных по этому вопросу полезно для решения вопроса о целесообразности перехода на режим облучения опухолей на фоне их прогрева, а также обоснования работ по созданию новой серии СВЧ-излучателей (антенн), отличающихся от традиционных повышенной и равномерной по поверхности проницаемостью для ионизирующих излучений. Изучение воздействия ионизирующего излучения и гипертермии проведено на клетках в культуре и на перевивных опухолях мышей.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
При исследованиях in vitro использовали клетки китайского хомячка линии V-79. Суспензии клеток подвергли у-облучению либо за 1 ч до начала прогрева, либо в середине сеанса гипертермии продолжительностью 1 ч. Интенсивность поражения клеток оценивали путем сравнения с контролем по сохранению способности к коло-ниеобразованию (выживаемости).
Исследования in vivo проведены на перевивной меланоме В-16 и солидном раке ELD мышей. Опухоли прививали в икроножную мышцу мышам F1 (CBA х C57Bl). Прогревание и облучение проводили на 8-9-й день после прививки, когда диаметр голени животных возрастал за счет роста новообразования с 4 мм (у интактных особей) до 8—10 мм. Критерием воздействия служило изменение динамики регрессии и рецидивирования опухолей, которую отслеживали, измеряя трижды в неделю "габаритные объемы" новообразований + мышцы голени (перемноженные диаметры голени в двух поперечных плоскостях х длину опухоли, Vt) и относя их к "габаритным объемам" "новообразований" в день постановки эксперимента, Vo.
Облучение. Облучение клеток проводили в суспензии на клинической кобальтовой гамма-установке АГАТ-Р. Пробирки с клетками всегда находились в воде в ультратермостате, но в контроле их облучали при 37°С, а в опыте — при 42.5°С. Длительность облучения доходила до 0.5 ч.
Облучение опухолей в начальных экспериментах, целью которых было получение принципиального ответа на вопрос о существовании различия в эффективности одновременного и последовательного воздействия облучения и нагрева, проводили на протонном медицинском пучке Института теоретической и экспериментальной физики РАН (ФГБУ "ГНЦ РФ - ИТЭФ"). На таком пучке можно было одновременно проводить облучение погруженных в воду ультратермостата
опухолей у шести животных, чего нельзя сделать при использовании вышеуказанного гамма-излучателя. Животных крепили к индивидуальным пластинам из оргстекла и располагали в ряд, одно за другим, над уровнем воды, обдувая их вентилятором, а конечности с опухолями погружали в воду (36°С при облучении без гипертермии и 42.0 ± 0.2°С в случае гипертермии). Использовали пучок протонов с энергией 200 МэВ с расширенным до 15 см по глубине пиком Брэгга. Круглое поле облучения имело диаметр 30 мм, но было срезано по высоте для защиты кишечника животных. Перепад мощности дозы между опухолями по ходу пучка находился в пределах 10%. Облучение проводили в дозе 30 Гр, оно занимало около 0.5 ч. Структура экспериментов была единой и включала группы животных, опухоли которых не подвергались никакому воздействию (контроль), подвергались либо облучению, либо гипертермическому воздействию длительностью 1 ч, либо облучению + гипертермии — в варианте, когда облучение уже завершалось за 1 ч до начала сеанса гипертермии (как это обычно делается в клинике) и варианте, когда облучение начинали спустя 15 мин после погружения опухолей в ультратермостат (облучение на фоне гипертермии).
Облучение опухолей, прогреваемых разработанным СВЧ-излучателем новой серии, проводили на той же гамма-установке АГАТ-Р, что и облучение клеток. Облучатель был снабжен дополнительными свинцовыми блоками для защиты тела животного. Вместе со штатными диафрагмами гамма-установки устройство с такими блоками, изготовленное во ВНИИ технической физики и автоматизации, позволило проводить облучение перевивных опухолей мышей без признаков поражения кишечника. Каждый раз облучали опухоль только у одного животного, используя дозу 25 Гр (длительность облучения составляла ~20 мин). Набор двух групп, подвергнутых двум сравниваемым воздействиям, по 4 мыши в каждой группе занимал целый день, так что набор необходимых для статистики 8—10 животных на группу происходил в течение нескольких экспериментов. Уменьшение активности кобальтового источника, на основании которого корректировали длительность облучения в каждом последующем эксперименте, принимали на уровне 12.26% в год.
Гипертермия. В части экспериментов, как упомянуто выше, для прогрева клеток и конечностей мышей с трансплантированными опухолями использовали водяной ультратермостат. В эксперименте с электромагнитным нагревом опухолей его проводили с помощью сконструированного в ФГУП "НПП "ИСТОК"" миниатюрного СВЧ-излучателя (аппликатора), работающего на частоте 433.92 МГц и обладающего и равномерным по площади поглощением ионизирующего излуче-
Доза у-облучения, Гр 2 4 6 8
0.1
и
В
з
а р
б о о н о
я
§ 0.01
м
а р
е
0.001
\
\ ^ \ \
\ 1
ч
10 1
Рис. 1. Снижение выживаемости (способности к колониеобразованию) клеток китайского хомячка линии У-79 после у-облучения, проведенного без дополнительного гипертермического воздействия (1), при прогреве при 42.5°С в течение 1 ч (2, Во = 1.9 Гр, п = 2), при начале прогрева через 1 ч после облучения (3, Бо = 1.7 Гр, п = 3) и при облучении в середине сеанса прогрева (4, Во = 1.2 Гр, п = 5).
ния и высокой стойкостью к нему. Температуру в опухоли измеряли игольчатым датчиком диаметром 0.7 мм с термочувствительным элементом на базе р-ьп-диода. Температуру в опытах с СВЧ-ги-пертермией старались поддерживать в пределах 42—43°С, вручную меняя режим работы излучателя, но иногда она на несколько минут отклонялась еще на градус в ту или другую сторону.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Установлено, что облучение клеток У-79 в середине часового сеанса прогрева приводит к большему снижению их выживаемости, чем облучение клеток, уже завершающееся за 1 ч до начала сеанса гипертермии (рис. 1). При аппроксимации экспериментальных точек по модели многих мишеней N = N0 — N3(1 — е °0)п, крутизна наклона экспоне
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.