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Low dose out-of-field radiotherapy, part 3: Qualitative and quantitative impact of scattered out-of-field radiation on MDA-MB-231 cell lines - 20/04/17

Faibles doses délivrées en dehors des faisceaux de radiothérapie, 3e partie : impact qualitatif et quantitatif de l’irradiation diffusée sur les lignées cellulaires MDA-MB-231

Doi : 10.1016/j.canrad.2016.04.008 
K. Zaleska a, 1, W.M. Suchorska a, b, , 1 , A. Kowalik c, M. Kruszyna c, W. Jackowiak d, A. Skrobala c, M. Skorska c, J. Malicki c
a Radiobiology Laboratory, Greater Poland Cancer Centre, 15, Garbary St., 61866 Poznań, Poland 
b Department of Electroradiology, Poznań University of Medical Sciences, Collegium Maius, Fredry 10, 61701 Poznań, Poland 
c Medical Physics Department, Greater Poland Cancer Centre, 15, Garbary St., 61866 Poznań, Poland 
d Radiotherapy Ward I, Greater Poland Cancer Centre, 15, Garbary St., 61866 Poznań, Poland 

Corresponding author. Radiobiology Laboratory, Greater Poland Cancer Centre, 15, Garbary St., 61866 Poznań, Poland.
Sous presse. Épreuves corrigées par l'auteur. Disponible en ligne depuis le jeudi 20 avril 2017

Abstract

Purpose

Patients who undergo external beam radiotherapy are at risk of developing second tumours due to scattered radiation outside the path of the primary beam. The aim of this study was to experimentally determine the in vitro radiobiological effects of scattered radiation in cells located outside the primary photon beam and to compare this to the effects that occur in cells inside the primary beam. The comparison was performed by assessing cell viability, DNA damage, and apoptosis.

Material and methods

Cells from the human breast cancer line MDA-MB-231 were inserted in a water phantom and irradiated at varying doses (1.5, 2.0, 2.5, and 3.0Gy). The cells were placed at two geometrical points: in the central beam axis and at 10cm out-of-field. The dose was constant in both geometrical points. Survival fraction, number of DNA double strand-breaks, and cleaved poly-(ADP-ribose) polymerase (PARP) levels were determined by clonogenic assay and flow cytometry.

Results

A slight, non-significant decrease of 3 to 5% in cell survival fraction was observed in cells irradiated outside the primary field. The number of PARP-positive cells and DNA double strand-breaks both increased after out-of-field irradiation.

Conclusion

Scattered irradiation appears to induce an in vitro biological response on out-of-field cells that is stronger than the effect of primary radiation on in-field cells, independent of the bystander effect. These findings suggest that the biological response of healthy tissues outside the primary beam might be higher than previously believed.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Objectif de l’étude

Les patients qui reçoivent une radiothérapie externe sont à risque de voir se développer des tumeurs secondaires dues au rayonnement diffusé en dehors du trajet du faisceau primaire. L’objectif de cette étude était de déterminer expérimentalement les effets radiobiologiques in vitro du rayonnement diffusé dans les cellules situées en dehors du faisceau de photons primaires et de les comparer à ceux qui se produisent dans les cellules situeés à l’intérieur du faisceau primaire. La comparaison a été effectuée en évaluant la viabilité des cellules, des lésions de l’ADN et l’apoptose.

Matériels et méthodes

Des cellules de la lignée de cancer du sein humain MDA-MB-231 ont été insérées dans un fantôme d’eau et irradiées à diverses doses (1,5, 2,0, 2,5 et 3,0Gy). Les cellules ont été placées en deux points géométriques : dans l’axe du faisceau central et 10cm en dehors. La dose a été constante dans les deux points géométriques. Fraction de survie, nombre de cassures double-brin et niveaux de poly-(ADP-ribose) polymérase (PARP) clivée ont été déterminées par un test clonogénique et cytométrie de flux.

Résultats

Une légère diminution, non significative, de 3 à 5 %, de la fraction de survie a été observée dans les cellules irradiées en dehors du faisceau primaire. Le nombre de cellules PARP-positives et de cassures double-brin était augmenté par l’irradiation en dehors du faisceau.

Conclusion

Le rayonnement diffusé semble induire une réponse biologique in vitro sur des cellules situées en dehors du faisceau plus forte que celle du rayonnement primaire sur des cellules situées dedans, indépendamment de l’effet bystander. Ces résultats suggèrent que la réponse biologique des tissus sains en dehors du faisceau primaire pourrait être plus forte qu’on le croyait auparavant.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Scattered radiation, Out-of-field radiation, Cell survival, Double strand-breaks

Mots clés : Rayonnement diffusé, Hors champ de rayonnement, La survie des cellules, Des cassures double-brin


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