Comparative Assessment of the Effect of Local Proton Radiation with a Dose of 30 Gy in BALB/c and C57BL/6 Mice

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Purpose: To evaluate the effect of local proton irradiation at a dose of 30 Gy on Balb/c and C57BL/6 mice in terms of the degree and dynamics of radiation-induced skin damage formation, changes in body weight and peripheral blood elements count.

Material and methods: Experiments were performed on non-depilated male mice aged 7‒8 weeks from two strains: Balb/c and C57BL/6 (n=15). Local irradiation of the skin was carried out on the dorsal side of the animals using a scanning proton beam at an extended Bragg peak in the proton therapy complex «Prometheus» of the LPI Physico-technical Centre (Protvino) at a dose of 30 Gy with a proton energy of 87.8 MeV. During the irradiation session, animals were subjected to intraperitoneal anesthesia using a combination of Zoletil 100 (Virbac, France) and Xyla (Interchemie, Netherlands) in a previously determined ratio 1:3 (20‒40 mg/kg). Photographic documentation of radiation-induced skin damage was performed weekly for 70 days. Animals were examined daily for clinical manifestations of radiation-induced skin damage formation according to the RTOG international scale for 21 days following irradiation. The body weight dynamics of mice were evaluated one day before irradiation and then weekly for 70 days. Blood samples were collected from the tail vein by cutting the tip of the tail and analyzed using a DH36 Vet hematology analyzer (Dymind, China) one day before irradiation, one day and three days after irradiation, and weekly thereafter for 70 days. Experimental data were presented as mean ± standard deviation (M ± SD).

Results: In this study, the impact of a single local exposure to proton radiation at a dose of 30 Gy on the degree and dynamics of radiation-induced skin damage formation was evaluated. It was demonstrated that Balb/c mice exhibited a higher frequency and degree of radiation-induced skin damage formation compared to the C57BL/6 mice. Analysis of body weight in mice after radiation exposure revealed no significant decrease in either mouse strain. A comparative analysis of the number of platelets, erythrocytes and hemoglobin concentration in both mouse strains did not reveal any changes, while a tendency towards a decrease in the number of leukocytes, lymphocytes, and granulocytes was observed in the irradiated Balb/c mice group compared to the control group. Conversely, in irradiated C57BL/6 mice, the number of lymphocytes was higher compared to control animals.

Conclusion: In this study, Balb/c mice exhibited higher radiosensitivity compared to C57BL mice in response to a single local proton irradiation at a dose of 30 Gy.

About the authors

V. A. Anikina

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics

Email: nellipopovaran@gmail.com
Moscow Region, Pushchino, Russia

S. S. Sorokina

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics

Email: nellipopovaran@gmail.com
Moscow Region, Pushchino, Russia

A. E. Shemyakov

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics; Branch "Physio-Technical Center" of the P.N. Lebedev Physical Institute

Email: nellipopovaran@gmail.com
Moscow Region, Pushchino, Russia; Moscow Region, Protvino, Russia

E. A. Zamyatina

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics

Email: nellipopovaran@gmail.com
Moscow Region, Pushchino, Russia

N. R. Popova

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics

Email: nellipopovaran@gmail.com
Moscow Region, Pushchino, Russia

References

  1. Anikina V.A., Sorokina S.S., Shemyakov A.E., Taskaeva Iu.S., Zamyatina E.A., Teplova P.O., Popova N.R. First Experimental Model of Proton Beam-Induced Radiation Dermatitis in Vivo. Int. J. Mol. Sci. 2023;24;22:16373.
  2. Cox J.D., Stetz J., Pajak T.F. Toxicity criteria of the Radiation Therapy Oncology Group (RTOG) and the European Organization for Research and Treatment of Cancer (EORTC). Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1995;31;5:1341–1346.
  3. Venkatakrishnan P., Kumar G., Sampadarao B. Study of the Various Cutaneous Adverse Reactions to Radiotherapy. International Journal of Research in Dermatology. 2021;7:250.
  4. Grebenyuk A.N., Legeza V.I., Zargarova N.I., Vladimirova O.O. Invention RF №RU2534802C1.2013 (In Russ.).
  5. Park J.-H., Byun H.J., Kim H.J., Oh S.J., Choi C., Noh J.M, Oh D., Lee J-H., Lee D-Y. Effect of Photobiomodulation Therapy On Radiodermatitis In A Mouse Model: An Experimental Animal Study. Lasers Med. Sci. 2021;36;4:843–853.
  6. Yang K., Kim S.-Y., Park J.-H., Ahn W.-G., Jung S.H., Oh D., Park H.C., Choi C. Topical Application of Phlorotannins from Brown Seaweed Mitigates Radiation Dermatitis in a Mouse Model. Mar Drugs. 2020;18;8:377.
  7. Janko M., Ontiveros F., Fitzgerald T.J., Deng A., DeCicco M., Rock K.L. IL-1 Generated Subsequent to Radiation-Induced Tissue Injury Contributes to the Pathogenesis of Radiodermatitis. Radiat. Res. 2012;178;3:166–172.
  8. Flanders K.C., Major C.D., Arabshahi A., Aburime E.E., Okada M.H., Fujii M., Blalock T.D., Schultz G.S., Sowers A., Anzano M.A., Mitchell J.B., Russo A., Roberts A.B. Interference with Transforming Growth Factor-β/ Smad3 Signaling Results in Accelerated Healing of Wounds in Previously Irradiated Skin. Am. J. Pathol. 2003;163;6:2247–2257.
  9. Koch A., Gulani J., King G., Hieber K., Chappell M., Ossetrova N. Establishment of Early Endpoints in Mouse Total-Body Irradiation Model. PLoS ONE. 2016;11;8:e0161079.
  10. Gridley D.S., Pecaut M.J. Changes in the Distribution and Function of Leukocytes after Whole-Body Iron Ion Irradiation. J. Radiat. Res. 2016;57;5:477–491.
  11. Kang Y.-M., Shin S.-C., Jin Y.-W., Kim H.-S. Changes in Body and Organ Weights, Hematological Parameters, and Frequency of Micronuclei in the Peripheral Blood Erythrocytes of ICR Mice Exposed to Low-Dose-Rate γ-Radiation. Journal of Radiation Protection. 2009;34;3:102-106.
  12. Pecaut M.J., Dutta-Roy R., Smith A.L., Jones T.A., Nelson G.A., Gridley D.S. Acute effects of iron-particle radiation on immunity. Part I: Population Distributions. Radiat. Res. 2006;165;1:68–77.
  13. Gridley D.S., Pecaut M.J., Nelson G.A. Total-Body Irradiation with High-LET Particles: Acute and Chronic Effects on the Immune System. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Physiol. 2002;282;3:R677–R688.
  14. Pecaut M.J., Gridley D.S. The Impact of Mouse Strain on Iron Ion Radio-Immune Response of Leukocyte Populations. Int. J. Radiat. Biol. 2010;86;5:409–419.
  15. Gridley D.S., Obenaus A., Bateman T.A., Pecaut M.J. Long-Term Changes in Rat Hematopoietic and Other Physiological Systems after High-Energy Iron Ion Irradiation. Int. J. Radiat. Biol. 2008;84;7:549–559.
  16. Stenson S. Weight Change and Mortality of Rats After Abdominal Proton and Roentgen Irradiation. A Comparative Investigation. Acta Radiol. Ther. Phys. Biol. 1969;8;5:423–432.
  17. Karkischenko V.N., Schmidt E.F., Braytseva E.V. The Researchers Prefer BALB/c Mice. Biomeditsina = Journal Biomed. 2007;1:57–70 (In Russ.).
  18. Shakhovskaya O.V., Starodubtseva M.N., Medvedeva A.A. Characteristics of Radiosensitivity of Organisms Using Parameters of Redox Properties of Blood Plasma. Mediko-Biologicheskiye Problemy Zhiznedeyatelnosti = Medical and Biological Problems of Life Activity. 2023;1:43-48. doi: 10.58708/2074-2088.2023-1(29)-43-48(In Russ.).
  19. Fabusheva K.M., Dvornik Yu.V. The Effect of Nicotinic Acid on the Level of Radiation-Induced DNA Damage in Mouse Bone Marrow Cells. VIII Mezhdunarodnaya Nauchno-Prakticheskaya Konferentsiya Molodyh Uchenyh: Biofizikov, Biotekhnologov, Molekulyarnyh Biologov i Virusologov – 2021 = VIII International Scientific and Practical Conference of Young Scientists: Biophysicists, Biotechnologists, Molecular Biologists and Virologists – 2021. Novosibirsk 2021, Oct 5-8. Novosibirsk Publ., 2021. P. 394-395 (In Russ.).
  20. Mao X.W., Boerma M., Rodriguez D., Campbell-Beachler M., Jones T., Stanbouly S., Sridharan V., Nishiyama N.C., Wroe A., Nelson G.A. Combined Effects of Low-Dose Proton Radiation and Simulated Microgravity on the Mouse Retina and the Hematopoietic System. Radiat. Res. 2019;192;3:241–250.
  21. Ware J., Sanzari J., Avery S., Sayers C., Krigsfeld G., Nuth M., Wan X.S., Kennedy A.R. Effects of Proton Radiation Dose, Dose Rate and Dose Fractionation on Hematopoietic Cells in Mice. Radiation Research. 2010;174:325–330.
  22. Romero-Weaver A.L., Wan X.S., Diffenderfer E.S., Lin L., Kennedy A.R Effect of SPE-Like Proton or Photon Radiation on the Kinetics of Mouse Peripheral Blood Cells and Radiation Biological Effectiveness Determinations. Astrobiology. 2013;13;6:570–577.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

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».