Models of Patient Derived Hematopoietic Stem Cell Xenografts for Assessing Individual Human Radiosensitivity

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

There are different approaches to assessing the human individual radiosensitivity. In this study, individual radiosensitivity was assessed in terms of survival and recovery of human hematopoietic stem cells (HSC) after acute gamma irradiation of humanized mice. Immunodeficient NOD SCID mice were transplanted with cord blood HSC intravenously, peripheral or umbilical cord blood HSC intraosseously. The estimated D0 value for human HSCs was 1.19 Gy (95٪ CI 0.90 to 1.74), 0.99 Gy (95٪ CI 0.87 to 1.15), and 0.93 Gy (95٪ CI 0.61 to 1.91) for the three methods of obtaining humanized mice, respectively. For all three methods of mouse humanization, statistically similar models that describe the dependence of HSC survival on the acute gamma irradiation dose in the range of 0.5—1.5 Gy were obtained. Thus, intraosseous administration of peripheral blood HSCs to immunodeficient mice can be effectively used to assess the response of human HSCs to radiation exposure. Comparison of the HSC number (CD34+ cells) and their descendants (CD45+ cells) in non-irradiated and irradiated mice humanized with cells from the same donor on days 3 and 14 after irradiation makes it possible to evaluate the processes of radiation-induced death and recovery of HSCs. A coefficient calculated as the ratio of the proportion of HSCs among all human cells in the bone marrow of humanized mice on the 14th day to the proportion of HSCs on the 3rd day after irradiation was proposed to assess the response to radiation exposure. This coefficient had an inverse linear dependence on the radiation dose, differed in mice with increased and normal radiosensitivity, and increased with the use of the radioprotector cysteamine in humanized mice. We propose to use this coefficient for a comparative assessment of human radiosensitivity.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

Natalia Atamanyuk

Urals Research Center for Radiation Medicine

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: atamanyuk@urcrm.ru
ORCID iD: 0000-0001-8293-2730
Ресей, Chelyabinsk

Evgeny Pryakhin

Urals Research Center for Radiation Medicine

Email: atamanyuk@urcrm.ru
ORCID iD: 0000-0002-5990-9118
Ресей, Chelyabinsk

Әдебиет тізімі

  1. Applegate K.E., Rühm W., Wojcik A. et al. Individual response of humans to ionising radiation: governing factors and importance for radiological protection. Radiat. Environ. Biophys. 2020;59(2):185–209. https://doi.org/10.1007/s00411-020-00837-y
  2. Human radiosensitivity. Report of the independent advisory group on ionising radiation documents of the Health Protection Agency. London. 2013. 164 p.
  3. Radiation Protection N°171 Individual radiosensitivity / EU Scientific Seminar 2011. Luxembourg: Publications Office of the European Union. 2012. 71 p.
  4. Ferlazzo M.L., Bourguignon M., Foray N. Functional assays for individual radiosensitivity: a critical review. Semin. Radiat. Oncol. 2017;27(4):310–315. https://doi.org/10.1016/j.semradonc.2017.04.003
  5. Kišonas J., Venius J., Sevriukova O. et al. Individual radiosensitivity as a risk factor for the radiation-induced acute radiodermatitis. Life. 2022;12(1):20. https://doi.org/org/10.3390/life12010020
  6. Brzozowska K., Pinkawa M., Eble M.J. et al. In vivo versus in vitro individual radiosensitivity analysed in healthy donors and in prostate cancer patients with and without severe side effects after radiotherapy. Int. J. Radiat. Biol. 2012;88:405–413.
  7. ICRP Statement on tissue reactions / Early and late effects of radiation in normal tissues and organs — Threshold doses for tissue reactions in a radiation protection context. ICRP Publication 118. Ann. ICRP 41(1/2). 2012. 322 p.
  8. Shao L., Luo Y., Zhou D. Hematopoietic stem cell injury induced by ionizing radiation. Antioxid. Redox. Signal. 2014;20(9):1447–1462. https://doi.org/10.1089/ars.2013.5635
  9. Fliedner T.M., Graessle D.H. Hematopoietic cell renewal systems: mechanisms of coping and failing after chronic exposure to ionizing radiation. Radiat. Environ. Biophys. 2008;47:63-69. https://doi.org/10.1007/s00411-007-0148-6
  10. Hoehn D., Pujol-Canadell M., Young E.F. et al. Effects of high- and low-LET radiation on human hematopoietic system reconstituted in immunodeficient mice. Radiat. Res. 2019;191(2): 162–175. https://doi.org/10.1667/RR15148.1
  11. Ghandhi S.A., Smilenov L., Shuryak I. et al. Discordant gene responses to radiation in humans and mice and the role of hematopoietically humanized mice in the search for radiation biomarkers. Sci. Rep. 2019;9(1):19434. https://doi.org/10.1038/s41598-019-55982-2
  12. Tsogbadrakh B., Jung J.A., Lee M. et al. Identifying serum miRNA biomarkers for radiation exposure in hematopoietic humanized NSG-SGM3 mice. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2022;599:51–56. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2022.02.010
  13. Kato K., Omori A., Kashiwakura I. Radiosensitivity of human haematopoietic stem/progenitor cells. J. Radiol. Prot. 2013;33(1):71–80. https://doi.org/10.1088/0952-4746/33/1/71
  14. Worley J.R., Parker G.C. Effects of environmental stressors on stem cells. World J Stem Cells. 2019;11(9):565–577. https://doi.org/10.4252/wjsc.v11.i9.565
  15. Golebiewska A., Hau A.C., Oudin A. et al. Patient-derived organoids and orthotopic xenografts of primary and recurrent gliomas represent relevant patient avatars for precision oncology. Acta Neuropathol. 2020;140(6):919–949. https://doi.org/10.1007/s00401-020-02226-7
  16. Ilmer M., Berger M. Avatars to personalized medicine: of mice and men. Hepatobiliary Surg. Nutr. 2017;6(5):347–349. https://doi.org/10.21037/hbsn.2017.06.05
  17. Yao L.C., Aryee K.E., Cheng M. et al. Creation of PDX-bearing humanized mice to study immuno-oncology. Meth. Mol. Biol. 2019;1953:241-252. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-9145-7_15
  18. Ito R., Takahashi T., Ito M. Humanized mouse models: application to human diseases. J. Cell Physiol. 2018;233(5):3723–3728.
  19. Walcher L., Hilger N., Wege A.K. et al. Humanized mouse model: hematopoietic stemcell transplantation and tracking using short tandem repeat technology. Immun. Inflamm. Dis. 2020;8(3):363–370. https://doi.org/10.1002/iid3.317
  20. Атаманюк Н.И., Стяжкина Е.В., Обвинцева Н.А. и др. Кинетика гибели и восстановления клеток костного мозга у мышей двух линий с разной радиочувствительностью после острого γ-облучения. Вопр. радиац. безопасности. 2021;104(4):62–72. [Atamanyuk N.I., Styazhkina E.V., Obvintseva N.A. et al. Kinetics of bone marrow cell death and recovery in two mice strains with different radiosensitivity after acute gamma radiation exposure. J. Radiat. Safety Issues. 2021;104(4):62–72. (In Russ.)]
  21. Атаманюк Н.И., Пряхин Е.А., Андреев С.С. и др. Использование ксенотрансплантации гемопоэтических клеток человека, выделенных из периферической крови взрослых людей и пуповинной крови, иммунодефицитным мышам для изучения действия ионизирующего излучения. Вопр. радиац. безопасности. 2021;101(1):72–83. [Atamanyuk N.I., Pryakhin E.A., Andreev S.S. et al. Use of xenotransplantation of human hematopoietic cells isolated from human peripheral blood and umbilical cord blood to immunodeficient mice for studying the effect of ionizing radiation. J. Radiat. Safety Issues. 2021;101(1):72–83. (In Russ.)]
  22. Hall E.J., Giaccia A.J. Radiobiology for the radiologist. Eighth edition. Philadelphia: Wolters Kluwer; 2019. 1160 p.
  23. Wang C., Oshima M., Sashida G. et al. Non-lethal ionizing radiation promotes aging-like phenotypic changes of human hematopoietic stem and progenitor cells in humanized mice. PLoS ONE. 2015;10(7):e0132041. https://doi.org/org/10.1371/journal.pone.0132041.
  24. Yoshida K., Satoh Y., Uchimura A. et al. Massive expansion of multiple clones in the mouse hematopoietic system long after whole-body X-irradiation. Sci. Rep. 2022;12 (1):17276. https://doi.org/10.1038/s41598-022-21621-6
  25. Brojakowska A., Kour A., Thel M.C. et al. Retrospective analysis of somatic mutations and clonal hematopoiesis in astronauts. Commun. Biol. 2022;5:828. https://doi.org/10.1038/s42003-022-03777-z

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Human HSC number after irradiation relative to non-irradiated control in three humanized mice models. A — 3rd day after irradiation; B — 14th day after irradiation.

Жүктеу (259KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. D0 for human HSCs, estimated in different humanized mice models.

Жүктеу (118KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Human CD45+ cell number after irradiation relative to non-irradiated control in three humanized mice models. A — 3rd day after irradiation; B — 14th day after irradiation.

Жүктеу (278KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. C14/3 coefficient dependence on the dose for models with different methods of HSC administration.

Жүктеу (122KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Distribution of C14/3 coefficient values in relation to the average C14/3 value in each dose group for the studied donors.

Жүктеу (88KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».