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Radiat Res. 2015 Jan 14. [Epub ahead of print]
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Abstract
Radiation-induced complications in bone and cartilage are of increasing concern due to potential long-term effects in cancer survivors. Healthy articular cartilage may be exposed to radiation during either chondrosarcoma treatment or in-field radiotherapy of tumors located in close proximity to articulation. Cartilage exposed to radiation undergoes bone differentiation and senescence, which can lead to painful and disabling sequelae that can impair patient quality of life. An understanding of the biological processes involved in healthy cartilage response to radiotherapy may not only optimize the delivery of therapeutic radiation but also reduce the risk of long-term sequelae in irradiated cartilage. Over the last few decades, radiobiology studies have focused primarily on signaling and repair of DNA damage pathways induced by ionizing radiation in immortalized cells under conditions dramatically different from human homeostasis. This research needs to be continued and broadened, since the range of normal tissue responses to radiation exposure is still not fully understood, despite being recognized as the major limiting factor in the rupture of tissue homeostasis after radiotherapy. Human articular cartilage is an avascular tissue with low intracellular oxygen levels and is comprised of a single cell lineage of chondrocytes embedded in a highly dense and structured extracellular matrix. These relatively unique features may impact inherent cell radiation sensitivity and suggests that canonical cell responses to ionizing radiation may not be applicable to articular cartilage. Despite the number of studies in this field, radiation-induced modifications of chondrocyte proteome remain unclear because of the dramatic variability in reported experimental conditions. In this review, we propose to introduce cartilage tissue physiology and microenvironment concepts, and then present a comprehensive synthesis of cartilage radiation biology.
Resumen
Las complicaciones inducidas por la radiación en los huesos y cartílagos son de creciente preocupación debido a los posibles efectos a largo plazo en los sobrevivientes de cáncer. El cartílago articular sano puede estar expuesto a la radiación durante el tratamiento, ya sea condrosarcoma o radioterapia en el campo de los tumores localizados en las proximidades de la articulación. El cartílago expuesto a la radiación experimenta diferenciación ósea y la senescencia, que puede conducir a secuelas dolorosas y discapacitantes que puede perjudicar la calidad de vida del paciente. La comprensión de los procesos biológicos implicados en la respuesta a la radioterapia del cartílago sano no sólo puede optimizar la entrega de la radiación terapéutica, sino también reducir el riesgo de secuelas a largo plazo en el cartílago irradiado. Durante las últimas décadas, los estudios radiobiología han centrado principalmente en la señalización y la reparación de las vías de daño del ADN inducido por la radiación ionizante en las células inmortalizadas bajo condiciones drásticamente diferentes de la homeostasis humana. Esta investigación debe continuar y ampliarse, ya que el rango de respuestas de los tejidos normales a la exposición de radiación todavía no está completamente entendido, a pesar de ser reconocido como el principal factor limitante en la ruptura de la homeostasis del tejido después de la radioterapia. Cartílago articular humano es un tejido avascular con bajos niveles de oxígeno intracelulares y se compone de un único linaje celular de condrocitos embebidos en una matriz extracelular altamente densa y estructurada. Estas características únicas pueden tener un impacto relativamente inherente en la sensibilidad a la radiación de células y sugiere que las respuestas de células canónicas a la radiación ionizante pueden no ser aplicables al cartílago articular. A pesar de que el número de estudios en este campo, las modificaciones inducidas por la radiación del proteoma de condrocitos siguen siendo poco claras debido a la variabilidad dramática en condiciones experimentales reportados. En esta revisión, se propone introducir conceptos de fisiología del tejido y del microambiente del cartílago y, a continuación, presentar una síntesis completa de la radiobiología cartílago.
PMID: 25587740 [PubMed - suministrada por la editorial]
- PMID:
- 25587740
- [PubMed - as supplied by publisher]
Abstract
Radiation-induced complications in bone and cartilage are of increasing concern due to potential long-term effects in cancer survivors. Healthy articular cartilage may be exposed to radiation during either chondrosarcoma treatment or in-field radiotherapy of tumors located in close proximity to articulation. Cartilage exposed to radiation undergoes bone differentiation and senescence, which can lead to painful and disabling sequelae that can impair patient quality of life. An understanding of the biological processes involved in healthy cartilage response to radiotherapy may not only optimize the delivery of therapeutic radiation but also reduce the risk of long-term sequelae in irradiated cartilage. Over the last few decades, radiobiology studies have focused primarily on signaling and repair of DNA damage pathways induced by ionizing radiation in immortalized cells under conditions dramatically different from human homeostasis. This research needs to be continued and broadened, since the range of normal tissue responses to radiation exposure is still not fully understood, despite being recognized as the major limiting factor in the rupture of tissue homeostasis after radiotherapy. Human articular cartilage is an avascular tissue with low intracellular oxygen levels and is comprised of a single cell lineage of chondrocytes embedded in a highly dense and structured extracellular matrix. These relatively unique features may impact inherent cell radiation sensitivity and suggests that canonical cell responses to ionizing radiation may not be applicable to articular cartilage. Despite the number of studies in this field, radiation-induced modifications of chondrocyte proteome remain unclear because of the dramatic variability in reported experimental conditions. In this review, we propose to introduce cartilage tissue physiology and microenvironment concepts, and then present a comprehensive synthesis of cartilage radiation biology.
abstracto
Complicaciones inducidas por la radiación en los huesos y cartílagos son de crecientepreocupación debido a los posibles efectos a largo plazo en los sobrevivientes de cáncer. Cartílago articular sano puede estar expuesto a la radiación durante eltratamiento, ya sea condrosarcoma o radioterapia en el campo de los tumores localizados en las proximidades de la articulación. El cartílago expuesto a la radiaciónexperimenta diferenciación ósea y la senescencia, que puede conducir a secuelasdolorosa y discapacitante que puede perjudicar la calidad de vida del paciente. La comprensión de los procesos biológicos implicados en la respuesta a la radioterapiacartílago sano no sólo puede optimizar la entrega de la radiación terapéutica, sino también reducir el riesgo de secuelas a largo plazo en el cartílago irradiado. Durante las últimas décadas, los estudios radiobiología han centrado principalmente en la señalización y la reparación de las vías de daño del ADN inducido por la radiación ionizante en las células inmortalizadas bajo condiciones drásticamente diferentes dehomeostasis humana. Esta investigación debe continuar y ampliarse, ya que el rango derespuestas de los tejidos normales a la exposición de radiación todavía no estácompletamente entendido, a pesar de ser reconocido como el principal factor limitante en la ruptura de la homeostasis del tejido después de la radioterapia. Cartílago articular humano es un tejido avascular con bajos niveles de oxígeno intracelulares y se compone de un único linaje celular de condrocitos embebidos en una matriz extracelular altamentedensa y estructurada. Estas características únicas pueden tener un impacto relativamenteinherente sensibilidad a la radiación de células y sugiere que las respuestas de célulascanónicas a la radiación ionizante pueden no ser aplicables al cartílago articular. A pesar de que el número de estudios en este campo, las modificaciones inducidas por la radiación del proteoma de condrocitos siguen siendo poco claras debido a la variabilidad dramática en condiciones experimentales reportados. En esta revisión, se propone introducir conceptos de fisiología del tejido y del microambiente del cartílago y, a continuación, presentar una síntesis completa de la radiobiología cartílago.
