Strålebehandling er en av de vanligste kreftbehandlingene, som effektivt forlenger overlevelsestiden og øker helbredelsesraten for kreftpasienter. Imidlertid er strålebehandling-indusert beinskade – inkludert redusert benmasse, økt benskjørhet og høyere risiko for brudd og osteonekrose – fortsatt et vanlig problem som for tiden mangler effektive mottiltak.
Stråling forårsaker denne skaden ved å undertrykke vekst, overlevelse og modning av bendannende celler kalt osteoblaster, og dermed hemme beindannelse. Et potensielt middel kan være eksponering for ikke-invasive elektromagnetiske felt (EMF), som er kjent for å stimulere osteoblastvekst og differensiering, og som kan dempe effekten av bestråling. Nå har et forskerteam i Kina identifisert den optimale EMF-bølgeformen for å maksimere effekten av en slik behandling, og rapporterer funnene i Vitenskap Fremskritt.
Da Jing, fra Fjerde militærmedisinske universitet, og kolleger utsatte først beinceller for EMF-stimulering ved å bruke forskjellige bølgeformer, inkludert sinusformet EMF, enkeltpulset EMF og pulsert utbrudd EMF (PEMF). For å vurdere cellenes respons overvåket de intracellulært kalsiumion i sanntid (Ca2+) signalering, en av de tidligste cellulære responsene på ytre stimuli.
Teamet fant at PEMF induserte mer robust intracellulær Ca2+ signalering i bestrålte osteoblaster enn de andre bølgeformene, preget av unik Ca2+ svingninger med flere Ca2+ pigger. Ytterligere analyser viste at en tidligere uidentifisert PEMF-bølgeform med en magnetisk feltintensitet på 2 mT og en frekvens på 15 Hz fremkalte den sterkeste responsen hos osteoblaster. I motsetning til dette hadde denne PEMF-bølgeformen ingen effekt på andre typer bestrålte benceller (osteoklaster og osteocytter).
Deretter undersøkte forskerne om PEMF levert ved hjelp av disse optimale parameterne kunne redusere strålingsindusert bentap in vivo. I studier på rotter eksponerte de en baklemmer for to 8 Gy-doser med fokal stråling (en dags mellomrom) og brukte mikro-CT for å vurdere beinstrukturen 45 dager senere. De bestrålte lemmene viste betydelig trabekulært bentap, inkludert en omtrent 50 % reduksjon i benvolumfraksjon og benmineraltetthet sammenlignet med den ubestrålte siden.
En andre gruppe rotter mottok daglig PEMF for hele kroppen (2 timer/dag) i de 45 dagene etter bestråling. Denne behandlingen gjenopprettet beinmasse og mekaniske egenskaper i bestrålte baklemmer til nivået av ikke-bestrålte lemmer, ved å redde osteoblaster. Teamet bemerker at PEMF ikke hadde noen effekt på dyrenes kroppsvekt eller matinntak.
Etter å ha vist at PEMF-eksponering kan redusere strålingsindusert bentap, er det også viktig at PEMF ikke påvirker svulstbehandlingen negativt. Med dette i bakhodet sammenlignet forskerne følsomheten til osteoblaster og ulike tumorceller (brystkreft, tykktarmskreft, malignt melanom og osteosarkomceller) med PEMF.
Bestråling reduserte cellelevedyktighet og fremmet apoptose i alle celletypene. Avgjørende, selv om PEMF forbedret osteoblast-levedyktighet og hemmet osteoblast-apoptose, hadde det ingen effekt på levedyktighet eller apoptose i noen av tumorcellene på noe tidspunkt.
Levende bioblekk kan forbedre beinreparasjon og regenerering
Forskerne tilskriver denne selektiviteten tilstedeværelsen av primære cilia - sensoriske organeller som oppdager og oversetter ekstracellulære mekaniske signaler - som fungerer som PEMF-sensorer. Disse primære cilia er svært rikelig i osteoblaster, men fraværende i de fleste tumorceller. I et eksperiment der dannelsen av primære flimmerhår i bestrålte osteoblaster ble blokkert, forsvant den PEMF-medierte økningen i osteoblastoverlevelse og differensiering nesten fullstendig.
"Tatt i betraktning at blant alle beincelletyper er osteoblaster spesielt følsomme for stråling, synes dette PEMF-regimet, som induserer den spesifikke aktiveringen av osteoblaster, å være en lovende og svært effektiv tilnærming mot strålingsindusert benskade," konkluderer forskerne.
