cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2023-38-1-118-125cardiotomsk-1720Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. Патологическая физиологияEXPERIMENTAL INVESTIGATIONS. Pathological physiologyИзучение развития лучевого пневмонита в легких у крыс при ротационном и статическом облученииStudy of radiation-induced pneumonitis after arc and static irradiation in lungs of ratshttps://orcid.org/0000-0002-3443-0821ПашковскаяО. А.PashkovskayaO. A.

Пашковская Оксана Александровна - медицинский физик, младший научный сотрудник, Институт онкологии и нейрохирургии, НМИЦ им. ак. Е.Н. Мешалкина МЗ РФ.

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2

Oxana A. Pashkovskaya - Medical Physicist, Junior Research Scientist, Institute of Oncology and Neurosurgery, E. Meshalkin National Medical Research Center of Ministry of Health of Russian Federation.

15, Rechkunovskaya str., Novosibirsk, 630055; 2, Pirogova str., Novosibirsk, 630090

o_pashkovskaja@meshalkin.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0764-914XФилатоваН. А.FilatovaN. A.

Филатова Наталья Анатольевна - медицинский физик, НМИЦ им. ак. Е.Н. Мешалкина МЗ РФ.

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2

Natalya A. Filatova - Medical Physicist, E.Meshalkin National Medical Research Center of Ministry of Health of Russian Federation.

15, Rechkunovskaya str., Novosibirsk, 630055; 2, Pirogova str., Novosibirsk, 630090

n.filatova@g.nsu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3260-6491ДокучаеваА. А.DokuchaevaA. A.

Докучаева Анна Андреевна - младший научный сотрудник, Институт экспериментальной биологии и медицины.

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Anna A. Dokuchaeva - Junior Research Scientist, Institute of Experimental Biology and Medicine, E. Meshalkin National Medical Research Center of Ministry of Health of Russian Federation.

15, Rechkunovskaya str., Novosibirsk, 630055

a_dokuchaeva@meshalkin.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9684-7190ШигаевВ. В.ShigaevV. V.

Шигаев Вадим Витальевич - младший научный сотрудник, Институт онкологии и нейрохирургии.

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Vadim V. Shigaev - Junior Research Scientist, Institute of Oncology and Neurosurgery, E. Meshalkin National Medical Research Center of Ministry of Health of Russian Federation.

15, Rechkunovskaya str., Novosibirsk, 630055

v_shigaev@meshalkin.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0687-0894КрасильниковС. Э.KrasilnikovS. E.

Красильников Сергей Эдуардович - доктор медицинских наук, профессор, директор Института онкологии и нейрохирургии.

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Sergey E. Krasilnikov - Dr. Sci. (Med.), Professor, Director of the Institute of Oncology and Neurosurgery, E. Meshalkin National Medical Research Center of Ministry of Health of Russian Federation.

15, Rechkunovskaya str., Novosibirsk, 630055

krasilnikov_s@meshalkin.ruНациональный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина Министерства здравоохранения Российской Федерации; Новосибирский национальный исследовательский государственный университетРоссияE. Meshalkin National Medical Research Center of Ministry of Health of Russian Federation; Novosibirsk State UniversityRussian FederationНациональный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияE. Meshalkin National Medical Research Center of Ministry of Health of Russian FederationRussian Federation202309042023381118125Copyright © Пашковская О.А., Филатова Н.А., Докучаева А.А., Шигаев В.В., Красильников С.Э., 20232023Пашковская О.А., Филатова Н.А., Докучаева А.А., Шигаев В.В., Красильников С.Э.Pashkovskaya O.A., Filatova N.A., Dokuchaeva A.A., Shigaev V.V., Krasilnikov S.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/1720

Использование в клинической практике результатов исследований по лучевой терапии (ЛТ) на животных в настоящее время незначительно. Исследование лучевых осложнений после облучения легких у крыс с помощью облучателя с визуальным контролем SmART+ (Precision, Северный Бранфорд, Коннектикут, США) является пилотным для разработки модели радиационно-индуцированной легочной токсичности на животных.

Цель работы

Цель работы: определение дозы и объема облучения мишени в легких у крыс, при которых характерно развитие лучевого пневмонита.

Материал и методы

Материал и методы. В исследовании были определены 4 группы крыс линий Wag и Wistar, отличающиеся возрастом (10–16,5 мес.) и весом (350–850 г). Облучение мишени в легком проводилось с предварительным дозиметрическим планированием в статическом или ротационном режимах, различными дозами (от 10 до 30 Гр), объемами мишени в легком (0,045–1,24 см3) и локализацией (левое или правое легкое, верх или низ легкого). Дозиметрическое планирование обеспечивает оптимальное лучевое воздействие на мишень и контроль дозовых нагрузок на органы риска. Развитие лучевых повреждений наблюдалось на КТ сканированиях в течение 16 нед.

Результаты

Результаты. Для получения плотности легких крыс (в единицах Хаунсфилда) было проведено КТ сканирование здоровых животных, выполнена обработка снимков, определены среднее значение и стандартное отклонение плотности. Значения плотности легких крыс (в единицах Хаунсфилда) составили – 519,6 ± 46,2 (контрольные значения). Выполнено сравнение экспериментальных данных для облученных животных и контрольных значений. В результате анализа установлена зависимость объема мишени, подведенной дозы и выживаемости животных после облучения. Показано, что параметр «среднее значение плотности легкого (в единицах Хаунсфилда)» может использоваться для количественного анализа изменений в легком после облучения.

Выводы

Выводы. Определены доза и объем облучения мишени в легких у крыс, при которых характерно развитие лучевого пневмонита. При дозе облучения 16 Гр и объеме облученного легкого не менее 0,5 см3  (8%) характерно появление участка снижения пневматизации в зоне облучения.

The clinical application of the results of the experimental radiotherapy on animals is currently not widely used. The research of radiation injuries after irradiation target in rat lungs using the image-guided platform SmART+ (Precision, North Branford, Conn., USA) is a pilot study for the establishment of an animal model of radiation-induced pulmonary toxicity.

Aim

Aim: To define the typical doses and target volumes in rat lung to o serve radiation pneumonitis.

Material and methods

Material and methods. Four groups of Wistar and Wag rats, distinguishing by age (10–16,5 months) and weight (350-850 g.), were studied. Dosimetric treatment plans were calculated prior to irradiation, using arc or static methods, doses (10–30 Gy), target lung volumes (0,045–1,24 cm3), localization (right or left, top or bottom). Dosimetric planning provides optimal radiation exposure to the target and controls organ at risk doses. Computer tomography (CT) scans were performed for 16 weeks to observe radiation pneumonitis

Results

Results. To obtain the rat lung density in Hounsfield units (HU), healthy animals were scanned, CT images were processed, and the mean and standard deviation were calculated. Lung density values of rats (control values) are 519.6 ± 46.2 (HU). Comparison of experimental data on irradiated animals and control values was carried out. As a result, the relationship of the target volume, the delivered dose and the survival rate of animals after irradiation was established. It was shown that the “mean value of lung density” could be used for quantitative analysis of lung injuries after irradiation.

Conclusion

Conclusion. Typical doses and target volumes in rat lungs to observe radiation pneumonitis were obtained. Decreasing aeration of lung tissue was derived at delivered dose 16 Gy and irradiated target volume in lung at least 0.5 cm3 (8%).

лучевой пневмонитоблучение легких крысКТ сканированиеплотность легкого в единицах Хаунсфильдаradiation pneumonitisrat lung irradiationCT scanlung density in Hounsfield unitsReferencesVinod S. International patterns of radiotherapy practice for non-small cell lung cancer. Semin. Radiat. Oncol. 2015;25(2):143–150. DOI: 10.1016/j.semradonc.2014.11.001.Vinod S. International patterns of radiotherapy practice for non-small cell lung cancer. Semin. Radiat. Oncol. 2015;25(2):143–150. DOI: 10.1016/j.semradonc.2014.11.001.Shafiq J., Hanna T., Vinod S., Delaney G., Barton M. A population-based model of local control and survival benefit of radiotherapy for lung cancer. Clin. Oncol. (R. Coll. Radiol.). 2016;28(10):627–638. DOI: 10.1016/j.clon.2016.05.006.Shafiq J., Hanna T., Vinod S., Delaney G., Barton M. A population-based model of local control and survival benefit of radiotherapy for lung cancer. Clin. Oncol. (R. Coll. Radiol.). 2016;28(10):627–638. DOI: 10.1016/j.clon.2016.05.006.National Cancer Institute. Surveillance, epidemiology, and end results (SEER) program. Statistical resources. U.S. population data 1969–2004. URL: https://seer.cancer.gov/statfacts/html/lungb.html (31.01.2023).National Cancer Institute. Surveillance, epidemiology, and end results (SEER) program. Statistical resources. U.S. population data 1969–2004. URL: https://seer.cancer.gov/statfacts/html/lungb.html (31.01.2023).Kepka L., Socha J. Dose and fractionation schedules in radiotherapy for non-small cell lung cancer. Transl. Lung Cancer Res. 2021;10(4):1969–1982. DOI: 10.21037/tlcr-20-253.Kepka L., Socha J. Dose and fractionation schedules in radiotherapy for non-small cell lung cancer. Transl. Lung Cancer Res. 2021;10(4):1969–1982. DOI: 10.21037/tlcr-20-253.Brada M., Forbes H., Ashley S., Fenwick J. Improving Outcomes in NSCLC: Optimum Dose Fractionation in Radical Radiotherapy Matters. J. Thorac. Oncol. 2022;17(4):532–543. DOI: 10.1016/j.jtho.2022.01.006.Brada M., Forbes H., Ashley S., Fenwick J. Improving Outcomes in NSCLC: Optimum Dose Fractionation in Radical Radiotherapy Matters. J. Thorac. Oncol. 2022;17(4):532–543. DOI: 10.1016/j.jtho.2022.01.006.Marks L., Yorke E., Jackson A., Ten Haken R.K., Constine L.S., Eisbruch A. et al. Use of normal tissue complication probability models in the clinic. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2010;76(3):S10–S19. DOI: 10.1016/j.ijrobp.2009.07.1754.Marks L., Yorke E., Jackson A., Ten Haken R.K., Constine L.S., Eisbruch A. et al. Use of normal tissue complication probability models in the clinic. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2010;76(3):S10–S19. DOI: 10.1016/j.ijrobp.2009.07.1754.Christian J., Bedford J., Webb S., Brada M. Comparison of inverse-planned three-dimensional conformal radiotherapy and intensity-modulated radiotherapy for non-small-cell lung cancer. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2007;67(3):735–741. DOI: 10.1016/j.ijrobp.2006.09.047.Christian J., Bedford J., Webb S., Brada M. Comparison of inverse-planned three-dimensional conformal radiotherapy and intensity-modulated radiotherapy for non-small-cell lung cancer. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2007;67(3):735–741. DOI: 10.1016/j.ijrobp.2006.09.047.Panakis N., McNair H., Christian J., Mendes R., Symonds-Tayler J.R., Knowles C. et al. Defining the margins in the radical radiotherapy of non-small cell lung cancer (NSCLC) with active breathing control (ABC) and the effect on physical lung parameters. Radiother. Oncol. 2008;87(1):65–73. DOI: 10.1016/j.radonc.2007.12.012.Panakis N., McNair H., Christian J., Mendes R., Symonds-Tayler J.R., Knowles C. et al. Defining the margins in the radical radiotherapy of non-small cell lung cancer (NSCLC) with active breathing control (ABC) and the effect on physical lung parameters. Radiother. Oncol. 2008;87(1):65–73. DOI: 10.1016/j.radonc.2007.12.012.Bedford J., Nordmark H., McNair H.A., Aitken A.H., Brock J.E., Warrington A.P. et al. Treatment of lung cancer using volumetric modulated arc therapy and image guidance: a case study. Acta. Oncol. 2008;47(7):1438–1443. DOI: 10.1080/02841860802282778.Bedford J., Nordmark H., McNair H.A., Aitken A.H., Brock J.E., Warrington A.P. et al. Treatment of lung cancer using volumetric modulated arc therapy and image guidance: a case study. Acta. Oncol. 2008;47(7):1438–1443. DOI: 10.1080/02841860802282778.Partridge M., Ramos M., Sardaro A., Brada M. Dose escalation for nonsmall cell lung cancer: analysis and modelling of published literature. Radiother. Oncol. 2011;99(1):6–11. DOI: 10.1016/j.radonc.2011.02.014.Partridge M., Ramos M., Sardaro A., Brada M. Dose escalation for nonsmall cell lung cancer: analysis and modelling of published literature. Radiother. Oncol. 2011;99(1):6–11. DOI: 10.1016/j.radonc.2011.02.014.Bentzen S., Gregoire V. Molecular imaging-based dose painting: a novel paradigm for radiation therapy prescription. Semin. Radiat. Oncol. 2011;21(2):101–110. DOI: 10.1016/j.semradonc.2010.10.001.Bentzen S., Gregoire V. Molecular imaging-based dose painting: a novel paradigm for radiation therapy prescription. Semin. Radiat. Oncol. 2011;21(2):101–110. DOI: 10.1016/j.semradonc.2010.10.001.van Elmpt W., De Ruysscher D., van der Salm A., Lakeman A., van der Stoep J., Emans D. et al. The PET-boost randomised phase II dose-escalation trial in non-small cell lung cancer. Radiother. Oncol. 2012;104(1):67–71. DOI: 10.1016/j.radonc.2012.03.005.van Elmpt W., De Ruysscher D., van der Salm A., Lakeman A., van der Stoep J., Emans D. et al. The PET-boost randomised phase II dose-escalation trial in non-small cell lung cancer. Radiother. Oncol. 2012;104(1):67–71. DOI: 10.1016/j.radonc.2012.03.005.Piroth M., Pinkawa M., Holy R., Klotz J., Schaar S., Stoffels G. et al. Integrated boost IMRT with FET-PET-adapted local dose escalation in glioblastomas. Results of a prospective phase II study. Strahlenther. Onkol. 2012;188(4):334–339. DOI: 10.1007/s00066-011-0060-5.Piroth M., Pinkawa M., Holy R., Klotz J., Schaar S., Stoffels G. et al. Integrated boost IMRT with FET-PET-adapted local dose escalation in glioblastomas. Results of a prospective phase II study. Strahlenther. Onkol. 2012;188(4):334–339. DOI: 10.1007/s00066-011-0060-5.Bradley J., Paulus R., Komaki R., Masters G., Blumenschein G., Schild S. et al. Standard-dose versus high-dose conformal radiotherapy with concurrent and consolidation carboplatin plus paclitaxel with or without cetuximab for patients with stage IIIA or IIIB non-small-cell lung cancer (RTOG 0617): a randomised, two-by-two factorial phase 3 study. Lancet. Oncol. 2015;16(2):187–199. DOI: 10.1016/S1470-2045(14)71207-0.Bradley J., Paulus R., Komaki R., Masters G., Blumenschein G., Schild S. et al. Standard-dose versus high-dose conformal radiotherapy with concurrent and consolidation carboplatin plus paclitaxel with or without cetuximab for patients with stage IIIA or IIIB non-small-cell lung cancer (RTOG 0617): a randomised, two-by-two factorial phase 3 study. Lancet. Oncol. 2015;16(2):187–199. DOI: 10.1016/S1470-2045(14)71207-0.van Luijk P., Faber H., Meertens H., Schippers J.M., Langendijk J.A., Brandenburg S. et al. The impact of heart irradiation on dose-volume effects in the rat lung. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2007;69(2):552–559. DOI: 10.1016/j.ijrobp.2007.05.065.van Luijk P., Faber H., Meertens H., Schippers J.M., Langendijk J.A., Brandenburg S. et al. The impact of heart irradiation on dose-volume effects in the rat lung. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2007;69(2):552–559. DOI: 10.1016/j.ijrobp.2007.05.065.Liao Z., Travis E., Tucker S. Damage and morbidity from pneumonitis after irradiation of partial volumes of mouse lung. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1995;32(5):1359–1370. DOI: 10.1016/0360-3016(94)00660-D.Liao Z., Travis E., Tucker S. Damage and morbidity from pneumonitis after irradiation of partial volumes of mouse lung. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1995;32(5):1359–1370. DOI: 10.1016/0360-3016(94)00660-D.Tucker S., Liao Z., Travis E. Estimation of the spatial distribution of target cells for radiation pneumonitis in mouse lung. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1997;38(5):1055–1066. DOI: 10.1016/s0360-3016(97)00131-4.Tucker S., Liao Z., Travis E. Estimation of the spatial distribution of target cells for radiation pneumonitis in mouse lung. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1997;38(5):1055–1066. DOI: 10.1016/s0360-3016(97)00131-4.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.