The effect of concurrent radiation and calcium in two cancer cell lines

Abstract

Introduction: Calcium is an important ubiquitous second messenger regarding the maintenance of cellular homeostasis, and is therefore tightly regulated. Calcium induces cell death when internalised into cancer cells after permeabilization of the cell membrane by electroporation. It is established that radiation causes damage to the lipids and proteins of the cell membrane; and ionizing radiation also causes permeabilization of the cell membrane by peroxidation of the phosphor-lipid layer.

Purpose: To investigate the survival of two cancer cell lines exposed to high levels of calcium in combination with radiation.

Materials and Methods:Two human cancer cell lines were used in this study; H69 (small cell lung cancer) and SW780 (bladder cancer). Using an x-ray system (Gulmay D3100, Gulmay medical) 30.000 cells in 50 µl hepes buffer with or without 5mM CaCl2 was irradiated in open air with x-rays of 100 kVp and half value layer (HVL) of 5.2 mm aluminum in the dose range of 0-16 Gy. The survival rate was first and foremost assessed using a MTS viability assay, however clonogenic assay was also used to assess the survival after
irradiation performed with a Varian 2300iX Clinic linear accelerator (Varian Medical Systems,Inc., Palo Alto, CA). To verify the given dose, GAFCHROMICTM EBT3 dosimetry film and TLD were used.

Result: No difference in cell viability of SW780 and H69 cells treated with or without calcium in combination with radiation could be detected when using MTS viability assay to determine the cell survival rate. No dose response was obtained. When using clonogenic assay, the result displayed no difference in viability of the cells treated with or without calcium, however a cellular response to an increased absorbed dose could be distinguished. Results from measurements performed with EBT3 dosimetry film and TLDs assured the dose delivery to the cells in this study.

Conclusion: The effect of concurrent radiation and calcium could not be investigated properly due to the method chosen for determination of cell survival. It is therefore necessary to continue to investigate the effect of calcium in combination with radiotherapy, tentatively using clonogenic assay to determine cell viability after treatment, before further conclusions are drawn.

Popular Abstract (Swedish)

Elektroporation är, på Herlevs sjukhus i Danmark, en relativt vanlig metod för att behandla olika typer av hudcancer eller andra cancerformer som utgår från en ytligt belägen mjukvävnad. Behandlingsmetoden använder sig av korta högspänningspulser som överstiger cellmembranets potential, vilket resulterar i att cellmembranets permeabilitet förändras under en kort tid. Är joner eller andra molekyler närvarande under behandlingen kan inflödet av dessa öka och därigenom påverka cellerna. Vidare forskning, både in vitro och in vivo, har påvisat att elektroporation vid närvaro av kalcium (s.k. kalcium elektroporation) minskar cellöverlevnaden drastiskt då cellerna dör till följd av energiutarmning. Denna studie undersöker således om den permeabilisering av cellmembranet som sker när cellerna utsätts för joniserande strålning är tillräcklig för att öka inflödet av kalcium och därmed påverka cellöverlevnaden hos småcellig lungcancer- och blåscancerceller. Syftet med studien är följaktligen att undersöka den samverkande effekten av kalcium och strålbehandling hos två cancercellslinjer samt verifiera den absorberade dosen till cellerna.

I denna studie användes två olika cancercellinjer, SW780 (blåscancer) och H69 (småcellig lungcancer). Suspension innehållandes 30 000 celler utspädda i hepes-buffer med eller utan 5mM CaCl2, bestrålades med röntgenstrålar med en rörspänning på 100 kVp och en halvvärdestjocklek på 5,2 mm aluminium genererade av en röntgenapparat (Gulmay D3100,Gulmay Medical) på Herlev sjukhus. De absorberade doser som cellerna erhöll var mellan 0 och 16 Gy och två dagar efter bestrålningen analyserades cellöverlevnadsgraden med hjälp av MTS. För att utvärdera MTS analysen utfördes ett experiment där cellöverlevnadsgraden bestämdes med hjälp av en klonogen analys (clonogenic assay). Den absorberade dosen som cellerna erhöll verifierades med hjälp av mätningar med GAFCHROMICTM EBT3 film och TLD.

Det resultat som erhölls för båda cellinjer påvisade ingen skillnad i överlevnadsgrad för celler som behandlats med och utan kalcium i kombination med strålbehandling. Ingen reducerad cellöverlevnad till följd av en ökande absorberad dos kunde konstateras då cellöverlevnaden analyserades med MTS. En dosrespons kunde dock påvisas då cellöverlevnaden analyserades med hjälp av en kolonogen analys. Mätningarna som utfördes med GAFCHROMICTM EBT3 film och TLD verifierade och säkerställde den absorberade dosen till cellerna i de olika bestrålningsgeometrierna.

För de två cellinjerna som användes i den här studien kunde ingen skillnad i överlevnadsgrad mellan kalcium- och icke-kalciumbehandlade celler som bestrålats påvisas då cellöverlevnaden undersöktes genom en analys med MTS. På grund av den metod som valts för att avläsa cellöverlevnadsgraden kunde inte den samverkande effekten av strålbehandling och kalcium utvärderas fullständigt. Det är möjligt att en samverkande effekt mellan strålbehandling och kalcium existerar, men den har inte kunnat observeras med den valda analysmetoden i den här studien. Därför är det nödvändigt att vidare utvärdera den samverkande effekten av strålterapi och kalcium, förslagsvis med en klonogen analys, innan en slutgiltig slutsats dras.

• author: Billberg, Jessica
• supervisor: Faisal Mahmood; Stine Krog Frandsen
• organization: Medical Radiation Physics, Lund; Medical Physics Programme
• course: MSFT01 20161
• year: 2016
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Medicine and Health Sciences
• language: English
• id: 8891008
• date added to LUP: 2016-09-07 11:54:34
• date last changed: 2017-01-09 16:27:58