Search

Purpose: A minority of patients exhibits severe late normal tissue toxicity after radiotherapy (RT), possibly related to their inherent individual radiation sensitivity. This study aimed to evaluate four different candidate in vitro cellular radiosensitivity assays for prediction of late normal tissue reactions, in a retrospective matched case-control set-up of breast cancer patients. Methods: The study population consists of breast cancer patients expressing severe radiation toxicity (12 cases) and no or minimal reactions (12 controls), with a follow-up for at least 3 years. Late adverse reactions were evaluated by comparing standardized photographs pre-and post-RT resulting in an overall cosmetic score and by clinical examination using the LENT-SOMA scale. Four cellular assays on peripheral blood lymphocytes reported to be associated with normal tissue reactions were performed after in vitro irradiation of patient blood samples to compare case and control radiation responses: radiation-induced CD8+ late apoptosis, residual DNA double-strand breaks, G0 and G2 micronucleus assay. Results: A significant difference was observed for all cellular endpoints when matched cases and controls were compared both pairwise and grouped. However, it is important to point out that most casecontrol pairs showed a substantial overlap in standard deviations, which questions the predictive value of the individual assays. The apoptosis assay performed best, with less apoptosis seen in CD8+ lymphocytes of the cases (average: 14.45%) than in their matched controls (average: 30.64%) for 11 out of 12 patient pairs (p

The purpose of this study was to evaluate chemotaxis and its relationship to apoptosis in 99mTc-HMPAO-labeled lymphocytes.Peripheral lymphocytes, obtained from 12 healthy volunteers using lymphoprep, were divided in three equal fractions. One fraction was used as the control, one was labeled with cold HMPAO and one was labeled with 1.5 mCi (55.5 Mbq) 99mTc-HMPAO. Chemotaxis of T-lymphocytes was measured by the Boyden microchamber technique (BMA) (n = 8) using human monocyte chemotactic protein-3 (MCP-3) as chemoattractans. A chemotactic index was calculated as the number of HMPAO and 99mTc-HMPAO-labeled cells that migrated towards the MCP-3 solution, divided by the number of nonlabeled migrated lymphocytes. Apoptosis evaluation (n = 10) of unlabeled, HMPAO-labeled and 99mTc-HMPAO-labeled cells was performed using flowcytometry (FCM) forward light scatter analysis, 900 light scatter analysis, fluorescein-isothiocyanate (FITC)-labeled Annexin V and dye exclusion of propidium iodide.Chemotaxis of 99mTc-HMPAO-labeled T-lymphocytes was found to be reduced by approximately 31% (migration index of 0.69) (p = 0.01) as compared to both unlabeled and HMPAO-labeled lymphocytes, both the latter showing no difference in migration index. Whereas the mean percentages apoptotic lymphocytes in the unlabeled, 18.5%, and HMPAO-labeled fraction, 16.6%, were more or less comparable (p = 0.1), the mean percentage apoptotic cells in the 99mTc-HMPAO-labeled fraction was 51.8%, yielding a difference of 33.3% between 99mTc-HMPAO-labeled and unlabeled cells (p = 0.003). The procentual concordance between apoptotic cells (33.3%) and chemotactic impaired cells (31%) in the 99mTc-HMPAO-labeled fraction may be explained by the formation of a rigid cytoskeleton early in the apoptotic process that may theoretically limit chemotaxis.Using the BMA, chemotaxis of 99mTc-HMPAO-labeled lymphocytes was found to be reduced by approximately 31%. Furthermore, the percentage apoptotic lymphocytes induced by irradiation after labeling with 99mTc-HMPAO concurs well with the percentage of chemotaxis impaired cells.

In this report, we review data dealing with radiation effects on cartilage. More specifically, we emphasize on alterations caused in the extra-cellular cartilage matrix. Although radiation studies predominantly describe the effect on the structure of DNA and on the mitotic activity of cells, alterations caused by the effect on the non-mitotic activity can also be important. Cartilage, having an extracellular matrix composed of 2 major components, aggrecan and collagen, provides a good model to study this kind of radiation effects. The following topics concerning literature data are summarized: effects on the amount of matrix synthesized, effects on the activity of certain enzymes and effects on the structure and morphology of the matrix. Some new findings concerning the radiation effect on the size distribution of aggrecan-aggregate populations, de novo synthesized by chondrocyte cultures, either derived from calcifying or from non-calcifying cartilage, are given.

Effects of ionizing radiation on the structure and size-distribution of newly synthesized proteoglycan aggregates are studied in-vitro. Chondrocytes, isolated from embryonic chick sterna, are cultured for 7 days in a tri-dimensional agarose system. Single radiation doses of 10, 20 and 50 Gy are given before starting the culture. Digestion of the artificial agarose matrix liberates the newly synthesized proteoglycans. Spreading with cytochrome C allows electron microscopic investigations of the individual, newly synthesized molecules. The structure of aggregates synthesized by control and irradiated chondrocytes is comparable. However, radiation causes alterations in the size-distributions of the aggregate-populations. For the control cultures, an average aggregate contains 27 aggrecans per aggregate. 34 pro mille of the molecules contain more than 100 aggrecans per aggregate. Irradiation with 10 Gy doesn't cause alterations. With radiation doses of 20 and 50 Gy, an average molecule contains 20 aggrecans. Only about 9 pro mille of the aggregates contain more than 100 aggrecans. Stimulation of lysosomal activity after irradiation could explain the observed alterations.

When individuals are accidentally overexposed to ionising radiations, follow-up investigations may include dose assessment by cytogenetics. Scoring of unstable chromosome aberrations (dicentrics, centric rings and acentrics) in peripheral blood lymphocytes is regarded as the most specific method to estimate the exposure dose. It has acquired, in some countries, a medico-legal recognition. Paradoxically, there is no universally adopted technique and so important variations occur in methods and these may influence the quality of results. The only published documents supplying some standardization background are International Atomic Energy Agency (IAEA) Technical Reports No 260 (1986) and 405 (2001). Even they do not address crucial areas such as the organization of service laboratories and the need for quality assurance programmes. The significant role of biological dosimetry in many countries has proved the need for a standardized technique that is compatible with national radiological protection programmes. Thus, an International Standards Organization working group for the standardization of biological dosimetry by cytogenetics was created. This group comprises 13 scientists from 11 countries plus an IAEA representative. On the basis of a group consensus, a text defining minimal constraints on all the steps of the process was proposed. A working draft was submitted to ISO in 2001 and its structure is presented here.

Radiotherapie wordt toegepast bij ongeveer de helft van alle kankerpatiënten en vormt bijgevolg één van de belangrijkste behandelingsmethoden tegen kanker. Niettegenstaande de bestralingstechnieken de laatste jaren veel verbeterd zijn, treedt schade aan normale weefsels nog steeds op. Bovendien variëren deze stralingsgeïnduceerde complicaties sterk van patiënt tot patiënt. Door de stijgende overlevingsgraad van kankerpatiënten is de preventie of reductie van late neveneffecten ten gevolge van radiotherapie een prioriteit geworden. Met een in vitro test die de individuele radiosensitiviteit kan voorspellen vóór de radiotherapiebehandeling, zouden de behandelingsschema’s verder kunnen aangepast worden zodat stralingsgeïnduceerde toxiciteit aan normale weesfels tot een absoluut minimum beperkt wordt. Gynaecologische tumoren maken een groot deel uit van het aantal kankers in vrouwen over de hele wereld. De meeste van deze maligniteiten, in het bijzonder cervix- en endometriumkanker, worden operatief behandeld gevolgd door radiotherapie. Voor deze thesis werd een patiëntengroep bestaande uit vrouwen behandeld voor cervix- of endometriumkanker opgevolgd voor late stralingstoxiciteit. De laatste 10-tallen jaren werden verschillende in vitro testen ontwikkeld teneinde schade aan normale weefsels ten gevolge van radiotherapie te voorspellen. In het eerste deel van deze thesis werd de toepasbaarheid nagegaan van de cytogenetische G2 test op perifere bloedlymfocyten als biomerker voor late klinische radiosensitiviteit. Er kon aangetoond worden dat het gemiddeld aantal chromatidbreuken per cel significant hoger is in patiënten met late normale weefselreacties dan in patiënten zonder deze reacties. De G2 test miste echter sensitiviteit om individuele patiënten met een verhoogd risico te identificeren. Bijgevolg heeft de G2 test een beperkte bruikbaarheid bij de klinische screening voor individuele radiosensitiviteit. Momenteel wordt radiosensitiviteit van normale weefsels beschouwd als een overerfbare complexe aandoening die bepaald wordt door de interactie tussen verschillende genen of genproducten. Er wordt bijgevolg verondersteld dat klinische radiosensitiviteit voorspeld kan worden van individuele genetische profielen. DNA herstel is één van de belangrijkste mechanismen van cellen en weefsels als respons op straling. Daarom werd de associatie bestudeerd tussen acht single nucleotide polymorfismen (SNPs) in de DNA herstelgenen XRCC1, XRCC3 en OGG1 en de ontwikkeling van laattijdige radiotherapiereacties. De selectie van deze SNPs was gebaseerd op literatuurdata betreffende de mogelijke betrokkenheid van deze SNPs in kankerpredispositie en radiosensitiviteit. In dit werk werd aangetoond dat het XRCC3 IVS5-14 polymorfisme significant geassocieerd is met het risico op de ontwikkeling van laattijdige radiotherapiereacties. De overige individuele SNPs konden echter niet geassocieerd worden met een verhoogde stralingstoxiciteit. Klinische radiosensitiviteit bleek wel significant geassocieerd met een combinatie van verschillende SNPs in XRCC1 en XRCC3 op basis van een risico-allel analyse. In het tweede deel van deze thesis werd de betrokkenheid bestudeerd van drie microsatelliet polymorfismen in de DNA herstelgenen XRCC1, XRCC3 en XRCC5 bij late klinische radiosensitiviteit. Deze studie werd uitgevoerd uitgaande van veelbelovende literatuurdata die wijzen op de associatie tussen klinische radiosensitiviteit en zeldzame microsatellieten. Hoewel geen significante associatie gevonden werd tussen de lengte van één van de microsatellieten en het voorkomen van laattijdige radiotherapiereacties, kon de mogelijke betrokkenheid van korte en lange XRCC1 herhalingen niet uitgesloten worden. De laatste jaren is het duidelijk geworden dat radiosensitiviteit van normale weefsels niet enkel veroorzaakt wordt door celdood, maar het resultaat is van multicellulaire interacties tussen verscheidene celtypes in een specifiek weefsel of orgaan. De vroege activatie van cytokine cascades na stralingsblootstelling heeft een grote invloed op de respons van normale weefsels. Het profibrotische cytokine TGFβ1 speelt een cruciale rol in de ontwikkeling van stralingsgeïnduceerde late weefselreacties. Bijgevolg werd in het laatste deel van deze thesis de associatie nagegaan tussen zes polymorfismen in TGFβ1 en het voorkomen van late toxiciteit van normale weefsels. Deze studie toonde aan dat het -1.552delAGG, het -509C>T en het Leu10Pro polymorfisme sterk met elkaar geassocieerd zijn, en dat het risico op late stralingstoxiciteit gemoduleerd kan worden door deze polymorfismen. De studies uitgevoerd in deze thesis hebben bijgedragen tot het lopende onderzoek met als doel genetische profielen te identificeren die geassocieerd zijn met radiosensitiviteit van normale weefsels. Er werden indicaties gegeven dat polymorfismen in de XRCC1 en XRCC3 DNA herstelgenen en in het cytokine TGFβ1 betrokken kunnen zijn in de ontwikkeling van late radiotherapiereacties. Gelijkaardige associaties voor de TGFβ1 SNPs werden ook reeds gerapporteerd in andere onafhankelijke studies. Dit ondersteunt de mogelijke betrokkenheid van deze TGFβ1 SNPs in laattijdige radiotherapiereacties. Om tot een volledig begrip van de genetische basis van klinische radiosensitiviteit te komen en om genetische data aan te wenden in de screening naar klinische radiosensitiviteit, zijn echter grootschalige studies noodzakelijk die gebruik maken van high-troughput technologieën in een multicenter setting.