بررسی ویژگی‌های رادیوبیولوژیک سلول‌های طبیعی ریه‌ی تیمار شده با نانوساختارهای سریم اکساید به عنوان حفاظت کننده‌ی پرتویی در برابر پرتوهای ایکس مورد استفاده در پرتودرمانی

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد، یزد، ایران

2 استادیار، گروه میکروب‌شناسی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد، یزد، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد، یزد، ایران

چکیده

قدمه: نانوذرات سریم اکساید یا نانوسریا به عنوان محافظ پرتویی، می‌توانند نقش مهمی در کاهش ناهنجاری‌های پرتوهای یونیزان داشته باشند. هدف از انجام این مطالعه، کاهش مرگ و میر سلول‌های طبیعی ریه در برابر تابش‌های فوتونی با انرژی 6 مگاولت توسط نانوسریا بود تا با شناسایی غلظت بهینه‌ی نانوسریا بتوان از آن در پرتودرمانی استفاده کرد.روش‌ها: سوسپانسیون نانوسریا با استفاده از الکل اتیلیک 70 درصد استریل شد. به منظور بهینه‌سازی توزیع نانوذرات در محیط آبی، سوسپانسیون تهیه شده به مدت 3 دقیقه توسط دستگاه Vortex به هم زده شد و سپس، به مدت 2 ساعت توسط امواج فراصوت سونیکاتور حمامی سونیکاسیون انجام شد. سلول‌های MRC-5 در محیط Dulbecco's modified eagle medium/F12 (DMEM/F12) کشت و در دمای 37 درجه‌ی سانتی‌گراد انکوباتور با رطوبت زیاد قرار داده شدند. به منظور تعیین غلظت غیر سمی نانوسریا، سلول‌ها با غلظت‌های مختلف ۵، 10، 30، 50، 70، 90، 110، 150، 200، 250 و 300 میکرومولار از نانوسریا تیمار شدند. کمی‌‌سازی اثر حفاظت پرتویی نانوسریا در غلظت غیر سمی از نانوسریا با دزهای تابشی 20، 40، 60، 80 و 100 سانتی‌گری از پرتوهای ایکس مگاولتاژ انجام گرفت.یافته‌ها: غلظت 70 میکرومولار و غلظت‌های پایین، سمیتی برای سلول‌های MRC-5 نداشتند؛ به طوری که میانگین درصد بقای سلولی در این غلظت از نانوسریا برابر با 56/2 ± 40/89 بود. سلول‌های MRC-5 در حضور 70 میکرومولار از نانوسریا در برابر دزهای تابشی 40، 80 و 100 سانتی‌گری، نسبت به گروه شاهد، حفاظت پرتویی معنی‌داری داشتند (005/0 < P).نتیجه‌گیری: استفاده از نانوذرات سریم اکساید، می‌تواند منجر به افزایش صحت درمان و کاهش اثرات ثانویه در پرتودرمانی شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Radiobiologic Characterizations of Normal Lung Cells Treated with Cerium Oxide Nanostructures as Radioprotector against X-Rays Used in Radiotherapy

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hosein Zare 1
  • Akram Astani 2
  • Nouraddin Abdi-Goushbolagh 3
1 Assistant Professor, Department of Medical Physics, School of Medical Sciences, Shahid Sadoughi University of Medical Sciences, Yazd, Iran
2 Assistant Professor, Department of Microbiology, School of Medical Sciences, Shahid Sadoughi University of Medical Sciences, Yazd, Iran.
3 MSc Student, Department of Medical Physics, School of Medical Sciences, Shahid Sadoughi University of Medical Sciences, Yazd, Iran
چکیده [English]

Background: Cerium oxide nanoparticles, or nanoceria, as radioprotectors can play an important role in reducing complication of ionizing radiation. The aim of this study was to reduce the mortality of normal lung cells against 6-MV photon beams by using nanoceria; so that through identifying optimal concentration of nanoceria, it could be used in radiation therapy.Methods: Nanoceria suspensions were sterilized with 70% ethyl alcohol. In order to optimize the nanoparticles distribution in aqueous medium, suspension was shaken by vortex for 3 minutes. Then, the sonication was performed for 2 hours using ultrasound sonicator. MRC-5 cells were cultured in Dulbecco's modified eagle medium/F12 (DMEM/F12) medium, and placed in a high-humidity incubator at 37 °C. To determine the non-toxic concentration, the cells were treated with serial concentrations of 5, 10, 30, 50, 70, 90, 110, 150, 200, 250, and 300 µM of nanoceria. Quantitative radio-protection effect of nanoceria was performed in non-toxic concentrations against 6-MV X-ray with doses of 20, 40, 60, 80, and 100 cGy.Findings: The concentration of 70 μM and low concentrations did not have toxicity for MRC-5 cells. The mean cell viability (%) in this concentration of nanoceria was 89.4 ± 2.6 percent. MRC-5 cells at presence of 70 µM anoceria had significant radiation protection against radiation doses of 40, 80, and 100 cGy compared to the control group.Conclusion: Using cerium oxide nanoparticles can increase the precision of treatment, and reduce secondary effects of radiotherapy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Radiotherapy
  • Radiation protection
  • Nanoceria
  • Radiobiology

مراجع

  1. Sountoulides P, Koletsas N, Kikidakis D, Paschalidis K, Sofikitis N. Secondary malignancies following radiotherapy for prostate cancer. Ther Adv Urol 2010; 2(3): 119-25.
  2. Velpula N, Ugrappa S, Kodangal S. A role of radioprotective agents in cancer therapeutics: a review. International Journal of Basic & Clinical Pharmacology; Vol 2, No 6 (2013): November-December 2013 2017.
  3. Prise KM, Schettino G, Folkard M, Held KD. New insights on cell death from radiation exposure. Lancet Oncol 2005; 6(7): 520-8.
  4. Wu Q, Allouch A, Martins I, Brenner C, Modjtahedi N, Deutsch E, et al. Modulating Both Tumor Cell Death and Innate Immunity Is Essential for Improving Radiation Therapy Effectiveness. Front Immunol 2017; 8: 613.
  5. Niu J, Wang K, Kolattukudy PE. Cerium oxide nanoparticles inhibit oxidative stress and nuclear factor-kappaB activation in H9c2 cardiomyocytes exposed to cigarette smoke extract. J Pharmacol Exp Ther 2011; 338(1): 53-61.
  6. Nelson BC, Johnson ME, Walker ML, Riley KR, Sims CM. Antioxidant Cerium Oxide Nanoparticles in Biology and Medicine. Antioxidants (Basel ) 2016; 5(2).
  7. Xu C, Qu X. Cerium oxide nanoparticle: a remarkably versatile rare earth nanomaterial for biological applications. Npg Asia Materials 2014; 6: e90.
  8. Pesic M, Podolski-Renic A, Stojkovic S, Matovic B, Zmejkoski D, Kojic V, et al. Anti-cancer effects of cerium oxide nanoparticles and its intracellular redox activity. Chem Biol Interact 2015; 232: 85-93.
  9. Baker CH. Harnessing cerium oxide nanoparticles to protect normal tissue from radiation damage. Translational Cancer Research; Vol 2, No 4 (August 2013): Translational Cancer Research (Nanotechnology in Radiation Research) 2013; 343(358).
  10. Abdi Goushbolagh N, Farhood B, Astani A, Nikfarjam A, Kalantari M, Zare MH. Quantitative cytotoxicity, cellular uptake and radioprotection effect of cerium oxide nanoparticles in MRC-5 normal cells and MCF-7 cancerous cells. BioNanoScience 2018; 1-9.
  11. Hirst SM, Karakoti AS, Tyler RD, Sriranganathan N, Seal S, Reilly CM. Anti-inflammatory properties of cerium oxide nanoparticles. Small 2009; 5(24): 2848-56.
  12. Kumar S. Second malignant neoplasms following radiotherapy. Int J Environ Res Public Health 2012; 9(12): 4744-59.
  13. Sountoulides P, Koletsas N, Kikidakis D, Paschalidis K, Sofikitis N. Secondary malignancies following radiotherapy for prostate cancer. Therapeutic Advances in Urology 2010; 2(3): 119-25.
  14. Lin W, Huang YW, Zhou XD, Ma Y. Toxicity of cerium oxide nanoparticles in human lung cancer cells. Int J Toxicol 2006; 25(6): 451-7.
  15. Park EJ, Choi J, Park YK, Park K. Oxidative stress induced by cerium oxide nanoparticles in cultured BEAS-2B cells. Toxicology 2008; 245(1-2): 90-100.
  16. Rubio L, Annangi B, Vila L, Hernandez A, Marcos R. Antioxidant and anti-genotoxic properties of cerium oxide nanoparticles in a pulmonary-like cell system. Arch Toxicol 2016; 90(2): 269-78.
  17. Tarnuzzer RW, Colon J, Patil S, Seal S. Vacancy engineered ceria nanostructures for protection from radiation-induced cellular damage. Nano Lett 2005; 5(12): 2573-7.
  18. Colon J, Hsieh N, Ferguson A, Kupelian P, Seal S, Jenkins DW, et al. Cerium oxide nanoparticles protect gastrointestinal epithelium from radiation-induced damage by reduction of reactive oxygen species and upregulation of superoxide dismutase 2. Nanomedicine 2010; 6(5): 698-705.
  19. Colon J, Herrera L, Smith J, Patil S, Komanski C, Kupelian P, et al. Protection from radiation-induced pneumonitis using cerium oxide nanoparticles. Nanomedicine 2009; 5(2): 225-31.
  20. Hall EJ, Giaccia AJ. Radiobiology for the radiologist. Philadelpha, PA: Lippincott Williams and Wilkins; 2006.
مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 36، شماره 481 - شماره پیاپی 481
مرداد و شهریور 1397
صفحه 581-587

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 06 خرداد 1397
  • تاریخ بازنگری: 11 آبان 1403
  • تاریخ پذیرش: 17 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار