Valentina DINI Società Italiana di Fisica 101° CONGRESSO NAZIONALE 21-25 settembre 2015 Dipartimento Tecnologie e Salute Istituto Superiore di Sanità &

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1 Valentina DINI Società Italiana di Fisica 101° CONGRESSO NAZIONALE 21-25 settembre 2015 Dipartimento Tecnologie e Salute Istituto Superiore di Sanità & INFN – Sezione Roma1-Gr. coll. Sanità, Roma

2 SISTEMA CELLULARE  Isolamento e caratterizzazione delle cellule staminali di glioblastoma Mauro Biffoni (Dip. EOMM - ISS) in collaborazione con Roberto Pallini (Dip. Neurochirurgia - Univ. Cattolica del Sacro Cuore) Pallini et al. Clin Cancer Res 2008;14:8205-8212  Linea cellulare #83 Antonella Rosi (Dip. TES - ISS) Guidoni et al. NMR Biomed 2014;27:129–145 Derivante da paziente con 3 mesi di sopravvivenza libera da malattia (Progression Free Survival, PFS) e 6 mesi di sopravvivenza complessiva (Overall Survival, OS). Crescita cellulare in sospensione e in monostrato Formazioni di neurosfere Tempo di duplicazione  2 g 101° CONGRESSO NAZIONALE 21-25 settembre 2015

3 SCOPO DELLO STUDIO Indagare i meccanismi coinvolti nella risposta molecolare e cellulare a ioni carbonio e fotoni nella linea primaria di cellule staminali di glioblastoma #83 101° CONGRESSO NAZIONALE 21-25 settembre 2015

4 Foto da www.cnao.it e da S. Rossi Eur.Phys.J.Plus.(2011);126:78 CNAO Vista del SINCROTONE SET UP SPERIMENTALE C-IONS profondità di 43 mm LET medio di 92.2 keV/µm SOBP di 2 cm 101° CONGRESSO NAZIONALE 21-25 settembre 2015

5 Gamma Cell 40 Extractor Acceleratore lineare TrueBeam TM Dose rate:  0,7 Gy/min SET UP SPERIMENTALE – FOTONI 101° CONGRESSO NAZIONALE 21-25 settembre 2015 Dose rate:  4 Gy/min

6 Morte cellulare Ciclo cellulare Analisi dei sopravvissuti (neurosfere, aggregati e cellule singole) T = 30 g T = 2 h 48 h 4 d 6 d Analisi al citofluorimetro Conta del numero di cellule T = 24 h …… 60 g Curva di crescita DOSI 5 Gy 10 Gy 20 Gy 40 Gy * Irradiazione a temperatura ambiente * PROTOCOLLO SPERIMENTALE 101° CONGRESSO NAZIONALE 21-25 settembre 2015

7 C-ions Fotoni RISULTATI – Morte cellulare Le curve dose-risposta della linea #83 mostrano un chiaro andamento bifasico, suggerendo la presenza di sotto- popolazioni con diversa radiosensibilità

8 Il fit dei dati sperimentali è stato ottenuto utilizzando la seguente funzione: S(D)=f*exp(-  r D)+(1-f)* exp(-  s D) La funzione deriva dal modello two-fraction* le cui assunzioni sono: esistenza di 2 diverse sotto-popolazioni o frazioni di cellule all’interno della popolazione tasso di inattivazione costante per ciscuna sotto- popolazione inattivazione indipendente e irreversibile con cinetica di primo ordine delle due sotto-popolazioni f = rappresenta la frazione più radio-resistente alla dose D = 0 1 - f = rappresenta la frazione meno radio-resistente alla D = 0  r = costante del tasso di mortalità per la frazione più radio-resistente  s = costante del tasso  di mortalità per la frazione meno radio-resistente 101° CONGRESSO NAZIONALE 21-25 settembre 2015 *Cerf O. J Appl Bacteriol 1997;42,1–9

9 condizioni1-f ss f rr #83 C-ions 0.80 ± 0.080.35 ± 0.160.20 ± 0.080.01 ± 0.01 #83 fotoni 0.94 ± 0.170.12 ± 0.040.06 ± 0.160.01 ± 0.06 C-ions Fotoni La sotto-popolazione più radio-sensibile descresce più rapidamente dopo irradiazione con C-ions rispetto ai fotoni e raggiunge un plateau a dosi superiori a 10 Gy e presumibilmente a dosi più alte di 40 Gy nel caso dei fotoni. 101° CONGRESSO NAZIONALE 21-25 settembre 2015

10 La sottopopolazione radioresistente risponde al danno radio- indotto entrando in uno stato di quiescenza IPOTESI di LAVORO La permanenza nello stato di quiescenza dipende dalle condizioni del microambiente questo “ingresso” è più rapido (in termini di dose) in risposta al danno indotto da C-ions rispetto ai fotoni 101° CONGRESSO NAZIONALE 21-25 settembre 2015

11 C-ions RISULTATI – Ciclo cellulare Fotoni Blocco in fase G2/M dopo irradiazione con C-ions e fotoni a dosi superiori a 5 Gy; Inizio dopo 24h (dati non mostrati) e persiste almeno fino a 4 giorni. Blocco dose dipendente

12 101° CONGRESSO NAZIONALE 21-25 settembre 2015 RISULTATI – Curva di crescita Effetto citostatico sia dopo irradiazione con C-ions che dopo fotoni C-ions n totale di cellule Giorni Fotoni 101° CONGRESSO NAZIONALE 21-25 settembre 2015

13 n totale di cellule Giorni C-ions Fotoni Se dopo 17 giorni le cellule vengono tripsinizzate, contate e riseminate in presenza di terreno fresco la crescita lentamente riparte. 101° CONGRESSO NAZIONALE 21-25 settembre 2015

14 CONCLUSIONI  l’esistenza di un’eterogeneità cellulare all’interno della linea #83  la presenza di diversi meccanismi di risposta al danno radio-indotto nelle diverse sottopopolazioni I dati ottenuti mostrano Entrambi probabilmente collegati alla capacità di innescare morte cellulare e/o l’ingresso uno stato quiescente dipendente dalla qualità della radiazione

15 Ringraziamenti 101° CONGRESSO NAZIONALE 21-25 settembre 2015 TES-ISS M.A. Tabocchini I. Pecchia G. Esposito P. Anello EOMM-ISS M. Biffoni L. Ricci-Vitiani D. Runci CNAO M. Ciocca S. Molinelli A. Facoetti IRE-IFO L. Strigari M. D’Andrea ENEA M. Balduzzi Centro FERMI E. Fratini Ricerca finanziata dall’INFN-CSN5 nell’ambito dell’esperimento RADIOSTEM Univ. Sacro Cuore R. Pallini

16 Grazie della vostra attenzione