Early Effects of Rhenium-188 Treatment on Proliferation, Migration, and Matrix Synthesis of Cultured Human Aortic Smooth Muscle Cells

Background and Purpose:

Due to its properties rhenium-188 (¹⁸⁸Re) seems to be a promising radionuclide for stent coating to reduce restenosis following percutaneous transluminal angioplasty (PTA). In order to characterize the early effects of local ¹⁸⁸Re treatment, human aortic smooth muscle cells (HaSMCs) were incubated with different doses of ¹⁸⁸Re.

Material and Methods:

2 days after plating, HaSMCs were treated for a period of 5 days with ¹⁸⁸Re. The total radiation doses applied were 1 Gy, 4 Gy, 8 Gy, 16 Gy, and 32 Gy. On days 1, 3, 5, and 7 (i.e., 2 days after the end of ¹⁸⁸Re incubation), cell growth, clonogenic activity, cell migration, cell-cycle distribution, as well as matrix synthesis were evaluated.

Results:

From the 1st day on, a dose-dependent growth inhibition was observed. Cumulative doses of ≥ 8 Gy completely inhibited colony formation. The results of the migration tests were contradictory; on day 3 the migratory activity of all treated cells was increased compared to the controls, on day 5 it was reduced. Cumulative radiation doses of ≥ 8 Gy resulted in an increased fraction of cells in G2/M-phase. The synthesis of the extracellular matrix protein tenascin was not affected by the treatment.

Conclusion:

Incubating human smooth muscle cells with ¹⁸⁸Re for a period of 5 days (i.e., seven half-lives) results in an effective inhibition of muscle cell proliferation and colony formation. Partially, this is due to a radiation-induced G2/M-phase block. Cell migration and matrix synthesis were not effectively affected in the presented in vitro system.

Hintergrund und Ziel:

Durch seine spezifischen Eigenschaften erscheint Rhenium-188 (¹⁸⁸Re) als vielversprechendes Radionuklid für eine Stentbeschichtung, um die Restenoseentwicklung nach perkutaner transluminaler Angioplastie (PTA) zu vermindern. Zur Untersuchung der Früheffekte einer lokalen ¹⁸⁸Re-Behandlung wurden humane aortale glatte Muskelzellen mit unterschiedlichen Dosen ¹⁸⁸Re inkubiert.

Material und Methodik:

2 Tage nach Aussaat wurden die glatten Muskelzellen für 5 Tage mit 1 Gy, 4 Gy, 8 Gy, 16 Gy oder 32 Gy ¹⁸⁸Re behandelt. An den Tagen 1, 3, 5 und 7 (d. h. 2 Tage nach Beendigung der ¹⁸⁸Re-Inkubation) wurden Proliferation, klonogene Aktivität, Migration, Zellzyklus und extrazelluläre Matrixsynthese untersucht.

Ergebnisse:

Vom 1. Behandlungstag an waren dosisabhängige Wachstumsinhibitionen zu beobachten (Abbildung 2). Dosen ab 8 Gy führten zur kompletten Unterdrückung der klonogenen Aktivität (Abbildung 3). Der Einfluss auf das Migrationsverhalten war widersprüchlich; an Tag 3 migrierten die bestrahlten Zellen besser als die Kontrolle, an den anderen Tagen schlechter (Abbildung 5). Eine kumulative Dosis ab 8 Gy resultierte in einem erhöhten G2/M-Phasen-Anteil der Zellen (Abbildung 4). Die Synthese des Extrazellulärmatrixproteins Tenascin wurde durch die Behandlung nicht verändert (Abbildung 6).

Schlussfolgerung:

Eine Behandlung humaner glatter Muskelzellen mit ¹⁸⁸Re über 5 Tage (dies entspricht sieben Halbwertszeiten mit 99,25% Dosisapplikation, Abbildung 1) resultiert in einer effektiven Inhibition der Proliferation und der Koloniebildungsfähigkeit der Zellen. Dies wird teilweise durch einen G2/M-Phasen-Arrest der bestrahlten Zellen erreicht. Die Migration und die Matrixsynthese wurden im vorgestellten In-vitro-System nicht effektiv beeinflusst.