Effect of Carbogen Breathing on the Radiation Response of a Human Glioblastoma Xenograft

Background and Purpose:

The aim of these experiments was to study the relationship between the previously demonstrated efficacy of carbogen breathing on tumor oxygenation status and the response to radiation assessed by a growth delay assay. This study was also developed to investigate the microenvironmental changes caused by combined treatment compared to irradiation only in regrowing tumors.

Material and Methods:

A human glioblastoma xenograft tumor line was implanted in nude mice. Irradiations consisted of 10 Gy or 20 Gy with and without carbogen breathing. Several microenvironmental parameters (tumor cell hypoxia, tumor blood perfusion, vascular volume, and microvascular density) were analyzed after immunohistochemical staining. Tumor growth delay was monitored for up to 120 days after treatment.

Results:

In general, there was no benefit of combined treatment. However, a small subgroup with good response to combined radiation and carbogen treatment was identified showing little hypoxia and mainly necrosis in the regrowing tumors. These microenvironmental characteristics were not seen in tumors of the other treatment groups.

Conclusion:

The observations suggest that a subgroup of patients, who could potentially benefit from the combined carbogen and radiation treatment, might be identified. However, the heterogeneous response to treatment illustrates the need for selection of patients before start of treatment.

Hintergrund und Ziel:

In der Vergangenheit wurde die Effektivität von Carbogenbeatmung auf den Oxygenationsstatus von Tumoren nachgewiesen. Ziel dieser Experimente war es, den Zusammenhang zwischen o. g. Carbogenbeatmung und der Reaktion auf Bestrahlung mit Hilfe der Wachstumsverzögerung zu analysieren. Des Weiteren wurde diese Studie entwickelt, um durch die Kombinationsbehandlung mit Bestrahlung und Carbogen verursachte Veränderungen des Mikromilieus im Vergleich zu alleiniger Strahlenbehandlung zu untersuchen.

Material und Methodik:

Eine humane Glioblastom-Xenotransplantat-Tumorlinie wurde in Nacktmäuse implantiert. Die Bestrahlungsdosis betrug 10 Gy oder 20 Gy mit und ohne Carbogenbeatmung. Verschiedene Parameter des Mikromilieus (Tumorzellhypoxie, Tumordurchblutung, vaskuläres Volumen und mikrovaskuläre Dichte) wurden nach immunhistochemischer Färbung analysiert. Die Tumorwachstumsverzögerung wurde bis zu 120 Tage nach Behandlung beobachtet.

Ergebnisse:

Im Allgemeinen hatte die kombinierte Behandlung keinen Vorteil. Eine kleine Untergruppe wies allerdings eine gute Reaktion auf Kombinationsbehandlung mit Bestrahlung und Carbogenbeatmung auf; diese erneut wachsenden Tumoren zeigten nur sehr wenig Hypoxie und waren größtenteils nekrotisch. Diese Eigenschaften im Mikromilieu wurden nicht in den Tumoren gesehen, die schnell gewachsen waren.

Schlussfolgerung:

Die Beobachtungen suggerieren, dass eine Untergruppe von Patienten, die möglicherweise von der Kombinationsbehandlung profitieren, identifiziert werden könnte. Die unterschiedliche Reaktion auf Behandlung veranschaulicht allerdings die Notwendigkeit einer Patientenauswahl vor Behandlungsbeginn.