Hintergrund
Das strahleninduzierte gastrointestinale Syndrom (RIGS) resultiert aus dem akuten Verlust intestinaler Stammzellen (ISC), einer gestörten Epithelregeneration und dem anschließenden Verlust der Schleimhautbarriere, was zu einem Elektrolytungleichgewicht, Durchfall, Gewichtsverlust, Sepsis und Mortalität führt. Die hohe Strahlenempfindlichkeit des Darmepithels schränkt eine wirksame Strahlentherapie gegen abdominale Malignome ein und schränkt das Überleben von Opfern von Atomunfällen oder Terrorismus ein. Derzeit gibt es keine zugelassene Therapie zur Minderung der Strahlentoxizität im Darm. Hier zeigen wir, dass BCN057, ein antineoplastischer niedermolekularer Wirkstoff, die ISC-Proliferation induziert und die Reparatur des Darmepithels gegen Strahlenschäden fördert.
Methoden
BCN057 (90 mg/kg Körpergewicht, subkutan) wurde männlichen C57B6-Mäusen (JAX) 24 Stunden nach der abdominalen Bestrahlung (AIR) injiziert und 8 Tage nach der Bestrahlung fortgesetzt. Die BCN057-vermittelte Rettung von Lgr5-positiven ISC wurde in Lgr5-EGFP-Cre-ERT2-Mäusen validiert, die AIR ausgesetzt waren. Die regenerative Reaktion von Lgr5-positiven ISC wurde durch einen Linienverfolgungsassay unter Verwendung von Lgr5-EGFP-ires-CreERT2-TdT-Mäusen mit Tamoxifen-Verabreichung untersucht, um die Cre-Rekombinase zu aktivieren und dadurch die ISC und ihre jeweiligen Nachkommen zu markieren. Dreidimensionale Ex-vivo-Organoidkulturen wurden aus chirurgischen Proben des menschlichen Dickdarms oder des Jejunums von Mäusen entwickelt und verwendet, um die strahlungsmindernde Rolle von BCN057 auf ISC ex vivo zu untersuchen. Organoidwachstum wurde durch Quantifizierung des Verhältnisses angehende Krypta/Gesamtkrypta bestimmt. Die statistische Analyse wurde unter Verwendung des Log-Rank-Tests (Mantel-Cox) und des gepaarten zweiseitigen t-Tests durchgeführt.
Die Ergebnisse
Die Behandlung mit BCN057 24 h nach einer tödlichen Dosis von AIR rettet ISC, fördert die Regeneration des Darmepithels und mildert dadurch RIGS. Bestrahlte Mäuse ohne BCN057-Behandlung litten an RIGS, was innerhalb von 100 Tagen nach der Bestrahlung zu 15 % Sterblichkeit führte. Darmorganoide, die aus dem Jejunum von Mäusen oder dem menschlichen Dickdarm entwickelt wurden, zeigten eine regenerative Reaktion bei der Behandlung mit BCN057 und verringerten die Strahlentoxizität. BCN057 lieferte jedoch keinen Strahlenschutz an Darmtumorgewebe von Mäusen oder Menschen.
Zusammenfassung
BCN057 ist ein potenzieller Mitigator gegen RIGS und kann zur Verbesserung des therapeutischen Verhältnisses der abdominalen Strahlentherapie nützlich sein. Dies ist der erste Bericht, der zeigt, dass ein niedermolekularer Wirkstoff strahleninduzierte Darmverletzungen mildert, indem er die ISC-Selbsterneuerung und -Proliferation induziert.
Payel Bhanja, Andrew Norris, Pooja Gupta-Saraf, Andrew Hoover und Subhrajit Saha
