High atomic number nanoparticles in Radiation-Oncology: state of the art, and evaluation of their radiopotentializing potential

Objectifs: to define place and impact of nanoparticles in radio-oncology. To study high Z nanoparticles radiopotentialization with a literature review and experimentation by Titane Dioxyde nanoparticles (TiO2NPs). Materials and Methods: IB115 cell line (liposarcoma) were exposed to TiO2Nps, at 0.2 et 4 µg.cm-2, and were irradiated at doses of 0, 1, 2 and 6 Gy by 6MeV photons on a medical LINAC facility. Multi-elementay chemical composition were analysed by AIFAIRA facility after cryofixation. Stress pathways genes induction (NFKB, NRF2, p53, ATF4, ATF6, ERSE) were analysed by BMYScreen facility. Mitochondrial function and apoptosis were analysed by immunodetection (Cytochrome C, clived Caspase 3). Endoplasmic Reticulum (ER) and oxidative stress pathways were analysed by RTqPCR. Results: TiO2NPs internalization is exclusively intracytoplasmic and perinuclear. It induce a Cytochrome C cytoplasmic relocalization and a Clived Caspase 3 activation by a mitochondrial action. TiO2Nps induce an activation of ER stress pathway and an intracellular Calcium (CAic) increase, without oxidative stress. Ionizing radiation exposition leads to a CAic increase and a ER stress pathway activation. NPs-radiotherapy combination potentialize the CAic increase and ER stress pathway activation. Conclusions: TiO2NPs are not biologically inert. Combined with radiotherapy, they imply the ER stress pathway, a mitochondrial dysfunction, an intrinsic apoptotic pathway activation and a calcic homeostasis alteration. This combination’s mode of action is therefor a radiosensibilization, and not only a radiopotentialization.
Objectifs : effectuer une revue de la littérature pour définir la place dans la stratégie thérapeutique, l’impact actuel et le possible impact futur des nanoparticules (NPs) en onco-radiothérapie. Étudier le potentiel radio-potentialisant des NPs de numéro atomique élevé à travers une revue de la littérature et une partie expérimentale avec des NPs de dioxyde de Titane (TiO2 NPs). Matériels et Méthodes : la lignée cellulaire IB115 (liposarcome para-testiculaire) a été exposée à des TiO2 NPs (nanofeuillets, longueur moyenne 178 nm) natifs ou fonctionnalisées au TRITC, à 0, 2 et 4 μg.cm-2, et a été irradiée à des doses de 0, 1, 2 et 6 Gy sur un accélérateur linéaire médical de type CLINAC (Varian Medical System) par des photons de 6 MeV. La composition chimique multi-élémentaire a été analysée sur la plateforme AIFIRA après cryofixation. Une analyse par gènes rapporteurs de voies de stress cellulaire (NFKB, NRF2, p53, ATF4, ATF6, ERSE) a été effectuée sur la plateforme BMYScreen. La fonction mitochondriale et l’activation de l’apoptose ont été analysées par immunodétection (Cytochrome C, Caspase 3 clivée). L’activation des voies du stress du réticulum endoplasmique (RE) et du stress oxydant ont été analysées par RTqPCR. Résultats : l’internalisation des TiO2NPs est exclusivement cytoplasmique et péri-nucléaire. Elle induit une relocalisation cytoplasmique du Cytochrome c et une activation de la Caspase 3 clivée, signant une action médiée par la mitochondrie. L’exposition aux TiO2 NPs induit l’activation des gènes de la voie du stress du RE et une augmentation du calcium intracellulaire, sans activation de la voie du stress oxydant. L’exposition aux radiations ionisantes induit une augmentation du calcium intracellulaire et une activation de la voie du stress du RE. La combinaison TiO2NPs-radiothérapie potentialise l’augmentation du calcium intracellulaire et l’activation de la voie du stress du RE. Conclusions : les NPs de dioxyde de Titane ne sont pas biologiquement inertes. Leur action en combinaison avec la radiothérapie implique la voie du stress du RE, une dysfonction mitochondriale, une activation de la voie apoptotique intrinsèque et une altération de l’homéostasie calcique. Le mode d’action de la combinaison TiO2NPs-radiothérapie se définit par une radio-sensibilisation et non une seule radio-potentialisation.