Radiotherapeutic Response of Ehrlich Ascites Tumor Cells Perfused in Agarose Gel Threads and Implanted in Mice A 31P MR Spectroscopy Study

Aim:

In order to obtain better understanding of radiation-induced alterations in intracellular metabolism, a dynamic and non-invasive experimental model system is required. A serial study in cultured tumor cell line followed by verification in the in vivo samples may be of considerable value for non-invasive prediction and/or detection of tumor response to therapy. The present study was undertaken to evaluate the radiation response of perfused Ehrlich ascites tumor cells (EATC) immobilized in agarose gel matrix to that observed in mouse bearing EATC tumor, in order to identify biomarkers of radiation response.

Materials and Methods: Perfused EAT cells, entrapped in agarose gel threads were irradiated in the perfusion assembly outside the magnet with fast electrons (6 Gy, 1 Gy/min) using 30 MeV Betatron. Solid EATC tumors implanted subcutaneously onto right hand limb of Swiss-albino strain “A” mice, were focally irradiated using ⁶⁰Co teletherapy (10 Gy, 0.4 Gy/min). Metabolites changes were monitored by ³¹P MR spectroscopic techniques.

Results: A post-irradiation decrease in the levels of ATP and ADP along with an increase in inorganic phosphate and glycerophosphocholine levels was observed. The ratios of β-phosphate of ATP to inorganic phosphate (β-ATP/Pi), and phosphocholine to glycerophosphocholine (PC/GPC), declined during 1–5 hours following irradiation, in perfused EAT cells and in the solid tumor implanted in mice.

Conclusion: Perfused cells could be used as a simple model of tumor for prediction of clinical radiotherapeutic response. The present study demonstrates that radiation damage may be occurring both at the DNA protein as well as the membrane lipid levels. Therefore, the bioenergetics and phospholipid profiles of tumor cells could be used as complimentary, reliable and sensitive indirect indicators for devising predictive assays for assessment and monitoring of radiation response, which will also facilitate the individualization and optimization of tumor radiotherapy.

Ziel:

Um die strahleninduzierten Veränderungen im intrazellulären Metabolismus besser zu verstehen, benötigt man ein dynamisches und nichtinvasives experimentelles Modell. Eine serielle Untersuchung kultivierter Tumorzelllinien, gefolgt von einer Verifikation von In-vivo-Proben könnte von besonderen Wert für eine nichtinvasive Prädikation und/oder Dedektion der Tumorantwort auf eine Behandlung sein. Die vorgelegte Studie wurde durchgeführt, um das Radiotherapieansprechen von perfundierten Ehrlich-Aszites-Tumorzellen (EATC), die in einer Agarose-Gel-Matrix immobilisiert wurden, zu untersuchen und mit dem radiotherapeutischen Ansprechen zu vergleichen, das bei mit EATC-Tumoren implantierten Mäusen beobachtet wurde. Damit sollten Biomarker für das radiotherapeutische Ansprechen identifiziert werden.

Material und Methoden: Perfundierte EATC-Zellen, die in einer Agarose-Gel-Matrix eingebettet waren, wurden in der Perfusionsvorrichtung mit schnellen Elektronen (6 Gy, 1 Gy/min) unter Benutzung eines 30-MeV-Betatrons bestrahlt. Solide EATC-Tumoren, die auf die rechte hintere Extremität von Swiss-Albino-A-Mäusen subkutan implantiert wurden, wurden fokal mit Hilfe einer Kobalt-60-Quelle bestrahlt, (10 Gy, 0,4 Gy/min). Die Veränderungen der Metaboliten wurdenmit Hilfe einer ³¹P-MR-spektroskopischen Technik untersucht.

Ergebnisse: Nach Bestrahlung wurde ein Abfall der Level an ATP und ADP und ein Anstieg an anorganischen Phosphaten und Glycerophosphocholinspiegel beobachtet. Das Verhältnis von Betaphosphat des ATP zum anorganischen Phosphat (β-ATP/Pi) und das Verhältnis von Phosphocholin zur Glycerophosphocholinen (PC/GPC) verringerte sich in den ersten 1–5 Stunden nach der Bestrahlung, und dies sowohl in perfundierten EAT-Zellen als auch in soliden auf Mäusen implantierten Tumoren.

Schlussfolgerung: Perfundierte Zellen könnten als einfaches Modell für die Tumorprädikation bezüglich eines klinischen radiotherapeutischen Ansprechens dienen. Die vorgelegte Studie zeigt, dass der Bestrahlungsschaden sowohl auf Ebene der DNA/Proteine als auch der Membranlipide auftreten kann. Daher könnten die bioenergetischen und Phospholipidprofile von Tumorzellen als komplementäre, verlässliche und sensitive indirekte Indikatoren dienen, um prädiktive Assays zu entwickeln. Ein Monitoring des Ansprechens auf eine Radiotherapie könnte eine Individualisierung und Optimierung der Radiotherapie zu erleichtern.