Investigation of the oxygen effects on the side population cells derived from prostate cancer cells using a cell-killing model considering heterogeneous radiosensitivity

不均質な放射線感受性を考慮する細胞殺傷モデルを用いた前立腺がん細胞由来のサイドポピュレーション細胞に対する酸素効果の調査

嵯峨 涼*; 岩森 賢大*; 松谷 悠佑  

Saga, Ryo*; Iwamori, Kenta*; Matsuya, Yusuke

放射線抵抗性を示すがん幹細胞(cancer stem cell, CSC)を考慮した細胞殺傷予測モデルにより、生物学的効果(生存率や腫瘍制御確率)をより正確に推定することが可能である。しかしながら、酸素濃度がCSCの放射線感受性に与える影響は依然として不明である。本研究では、酸素増感効果比(oxygen enhancement ratio, OER)とCSC割合を考慮した細胞殺傷予測モデル(integrated microdosimetric-kinetic (IMK)モデル)を使用してin vitro実験を行い、CSCと酸素効果の関係を分析した。細胞選別装置(BD FACS Aria)を使用して、前立腺がん細胞集団からのCSCを豊富に含むside population (SP)細胞を、Hoechst 33342排出能とDNA量に基づいて抽出した。SP細胞のDNA二本鎖切断(DSB)と細胞生存を、有酸素および低酸素条件の両方で測定した。その結果、他のmain population (MP)細胞と比較して、SP細胞ではDSBが減少する一方、生存率が増加することが示された。モデル解析では、MP細胞とSP細胞のOER値はそれぞれ1.42と1.30であることが示された。これらの結果は、CSCが豊富に含むSP細胞は、その固有の放射線抵抗性により酸素による放射線影響が低下することを示唆している。

A cell-killing model that considers radioresistant cancer stem cells (CSCs) allows for a more accurate estimation of biological effects, including survival and tumor control probability. However, the impacts of oxygen conditions on the radiosensitivity of CSCs remain unclear. In this study, we conducted in vitro experiments and analyzed the relationship between the CSC fraction and oxygen enhancement ratio (OER) using a cell-killing model, specifically the integrated microdosimetric-kinetic (IMK) model. We utilized a cell sorter (BD FACS Aria) to sort side population (SP) cells, representing CSCs from the prostate cancer cell population, based on their Hoechst33342 efflux capacity and DNA content. We measured DNA double-strand breaks (DSBs) and cell survival of SP cells under both oxic and hypoxic conditions. The experimental results indicated reduced DSBs and increased survival in SP cells compared to the other main population cells. The model estimate showed that the OER values for MP and SP cells were 1.42 and 1.30, respectively. These results suggest that SP cells, which are rich in CSCs, display reduced oxygen effects due to their intrinsic radioresistance.