Strålbehandling är en av de vanligaste cancerbehandlingarna, som effektivt förlänger överlevnadstiderna och ökar antalet botemedel för cancerpatienter. Strålbehandlingsinducerad benskada – inklusive minskad benmassa, ökad benskörhet och högre risk för frakturer och osteonekros – är dock fortfarande ett vanligt problem som för närvarande saknar effektiva motåtgärder.
Strålning orsakar denna skada genom att undertrycka tillväxten, överlevnaden och mognaden av benbildande celler som kallas osteoblaster, vilket hämmar benbildningen. Ett potentiellt botemedel kan vara exponering för icke-invasiva elektromagnetiska fält (EMF), som är kända för att stimulera osteoblasttillväxt och differentiering, och kan mildra effekterna av bestrålning. Nu har ett forskarlag i Kina identifierat den optimala EMF-vågformen för att maximera effekten av en sådan behandling, och rapporterar resultaten i Vetenskap Förskott.
Da Jing, från Fjärde militärmedicinska universitetet, och kollegor först utsatte benceller för EMF-stimulering med hjälp av olika vågformer, inklusive sinusformad EMF, enkelpulsad EMF och pulsad-burst EMF (PEMF). För att bedöma cellernas svar övervakade de intracellulär kalciumjon i realtid (Ca2+) signalering, en av de tidigaste cellulära svaren på externa stimuli.
Teamet fann att PEMF inducerade mer robust intracellulär Ca2+ signalering i bestrålade osteoblaster än de andra vågformerna, kännetecknade av unika Ca2+ svängningar med flera Ca2+ spikar. Ytterligare analyser visade att en tidigare oidentifierad PEMF-vågform med en magnetfältsintensitet på 2 mT och en frekvens på 15 Hz framkallade det starkaste svaret hos osteoblaster. Däremot hade denna PEMF-vågform ingen effekt på andra typer av bestrålade benceller (osteoklaster och osteocyter).
Därefter undersökte forskarna om PEMF levererad med dessa optimala parametrar kunde mildra strålningsinducerad benförlust in vivo-. I studier på råttor exponerade de en bakben för två 8 Gy-doser av fokal strålning (en dags mellanrum) och använde mikro-CT för att bedöma benstrukturen 45 dagar senare. De bestrålade extremiteterna uppvisade signifikant trabekulär benförlust, inklusive en ungefär 50 % minskning av benvolymfraktionen och benmineraltätheten jämfört med den obestrålade sidan.
En andra grupp råttor fick dagligen PEMF för hela kroppen (2 timmar/dag) under de 45 dagarna efter bestrålning. Denna behandling återställde benmassa och mekaniska egenskaper i bestrålade bakben till nivån för icke-bestrålade lemmar, genom att rädda osteoblaster. Teamet noterade att PEMF inte hade någon effekt på djurens kroppsvikt eller matintag.
Efter att ha visat att PEMF-exponering kan mildra strålningsinducerad benförlust, är det också viktigt att PEMF inte påverkar tumörbehandlingen negativt. Med detta i åtanke jämförde forskarna känsligheten hos osteoblaster och olika tumörceller (bröstcancer, tjocktarmscancer, malignt melanom och osteosarkomceller) med PEMF.
Bestrålning minskade cellviabiliteten och främjade apoptos i alla celltyper. Av avgörande betydelse, även om PEMF förbättrade osteoblastviabiliteten och hämmade osteoblastapoptos, hade det ingen effekt på viabiliteten eller apoptos i någon av tumörcellerna vid någon tidpunkt.
Levande biobläck kan förbättra benreparation och regenerering
Forskarna tillskriver denna selektivitet närvaron av primära cilia - sensoriska organeller som upptäcker och översätter extracellulära mekaniska signaler - som fungerar som PEMF-sensorer. Dessa primära flimmerhår är mycket rikligt förekommande i osteoblaster, men saknas i de flesta tumörceller. I ett experiment där genereringen av primära cilier i bestrålade osteoblaster blockerades, försvann den PEMF-medierade ökningen av osteoblastöverlevnad och differentiering nästan helt.
"Med tanke på att bland alla bencellstyper är osteoblaster särskilt känsliga för strålning, verkar denna PEMF-kur, som inducerar den specifika aktiveringen av osteoblaster, vara ett lovande och mycket effektivt tillvägagångssätt mot strålningsinducerad benskada", avslutar forskarna.
