2011 American journal of physiology. Lung cellular and molecular physiology Mechanismus / Präklinisch Inhalation

2011 · Terasaki — Die Wasserstofftherapie mildert strahlungsinduzierte Lungenschäden durch Reduktion von oxidativem Stress

Originaltitel: Hydrogen therapy attenuates irradiation-induced lung damage by reducing oxidative stress.

Kurzfassung

In bestrahlten menschlichen Lungenzellen und in Mäusen, die einer Ganzthorax-Bestrahlung ausgesetzt wurden, reduzierte molekularer Wasserstoff (H₂) — verabreicht als H₂-reiches PBS, H₂-angereichertes Trinkwasser oder 3%ige H₂-Inhalation — oxidative Stressmarker, Apoptose und Lungenfibrose signifikant. Dies sind ermutigende präklinische Ergebnisse für eine potenzielle Strahlenschutzstrategie, doch die Befunde stammen aus Zellkultur- und Tierversuchen und lassen sich nicht direkt auf menschliche Krebspatienten übertragen. (American Journal of Physiology: Lung Cellular and Molecular Physiology, 2011.)

Klassifiziert als Mechanismus / Präklinisch-Studie mit Inhalation. Siehe Methodik zur Evidenz-Einstufung.

Kommentar

Strahlenpneumonitis und nachfolgende Lungenfibrose sind ernste dosislimitierende Toxizitäten der thorakalen Strahlentherapie. Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) — insbesondere Hydroxylradikale — die durch ionisierende Strahlung entstehen, stehen im Mittelpunkt dieses Schadens. Molekularer Wasserstoff (H₂) ist bekannt dafür, selektiv Hydroxylradikale und Peroxynitrit abzufangen, ohne andere physiologisch wichtige ROS zu beeinträchtigen. Diese Studie testete H₂ als Strahlenschutz in zwei Systemen: menschlichen A549-Lungenepithelzellen, die mit 10 Gy in H₂-reichem Medium bestrahlt wurden, und C57BL/6J-Weibchen, die mit 15 Gy am Thorax bestrahlt wurden und dann mit 3% inhaliertem H₂-Gas und H₂-angereichertem Trinkwasser behandelt wurden. In Zellen reduzierte H₂ ROS-Spiegel (Elektronenspinresonanz, Fluoreszenz) und verbesserte die Überlebensfähigkeit. In Mäusen bestätigten Immunhistochemie und Immunblotting nach 1 Woche reduziertem akuten oxidativen Stress und Apoptose; CT, Ashcroft-Score und Kollagenablagerung nach 5 Monaten zeigten reduzierte Lungenfibrose. Keine Toxizität der H₂-Behandlung wurde festgestellt. Dies sind solide präklinische Ergebnisse, aber eine Bestätigung in menschlichen klinischen Studien ist erforderlich.

Wichtige Zitate

„H₂ reduzierte die Menge der durch Bestrahlung induzierten ROS in A549-Zellen, wie durch Elektronenspinresonanz- und Fluoreszenzindikator-Signale gezeigt.“ Original (EN): „H(2) reduced the amount of irradiation-induced ROS in A549 cells, as shown by electron spin resonance and fluorescent indicator signals.“ — Direkte Messung der ROS-Reduktion durch H₂ in menschlichen Lungenzellen
„Die H₂-Behandlung reduzierte Lungenfibrose (Spätschäden). Diese Studie zeigte somit, dass die H₂-Behandlung wertvoll für den Schutz vor strahlungsinduziertem Lungenschaden ohne bekannte Toxizität ist.“ Original (EN): „H(2) treatment reduced lung fibrosis (late damage). This study thus demonstrated that H(2) treatment is valuable for protection against irradiation lung damage with no known toxicity.“ — Der wichtigste Langzeitbefund: reduzierte Fibrose bei Mäusen 5 Monate nach der Bestrahlung
„Da eine prompte Elimination von durch Bestrahlung induzierten ROS das Lungengewebe vor den schädlichen Wirkungen der Bestrahlung schützen sollte, untersuchten wir die Möglichkeit, dass H₂ als Strahlenschutz in der Lunge dienen könnte.“ Original (EN): „Because prompt elimination of irradiation-induced ROS should protect lung tissue from damaging effects of irradiation, we investigated the possibility that H(2) could serve as a radioprotector in the lung.“ — Die wissenschaftliche Begründung für den Test von H₂ als Strahlenschutz

Unsere Einordnung

Dies ist eine gut konzipierte Tier- und Zellkultur-(präklinische) Studie. Sowohl die In-vitro- (A549-Zellen) als auch die In-vivo-(Maus-)Komponente unterstützen die Hypothese, dass H₂ strahlungsbedingte Lungenverletzungen mindert. Die multimodale Ergebnisbewertung (ESR, Fluoreszenz, IHC, CT, Fibrose-Scoring) erhöht die Glaubwürdigkeit. Limitationen: Mausmodelle thorakaler Bestrahlung replizieren klinische Szenarien beim Menschen nicht perfekt; A549 ist eine Krebszelllinie, kein normales Lungenepithel. Keine menschlichen Studien haben diese Ergebnisse bisher bei Strahlentherapie-Patienten bestätigt. Die Aussage „keine bekannte Toxizität“ bezieht sich nur auf die in dieser Studie getesteten Dosen. Diese Befunde sind vielversprechend, bleiben aber ausschließlich präklinische Evidenz.

Studiendesign

Typ: präklinische Tier- + In-vitro-Studie · Modell: A549-menschliche Lungenzellen (10 Gy) + C57BL/6J-Weibchen (15 Gy thorakale Bestrahlung) · H₂-Gabe: H₂-reiches PBS/Medium (Zellen); 3% H₂-Inhalation + H₂-angereichertes Trinkwasser (Mäuse)
Ergebnis: H₂ reduzierte ROS, Apoptose und akuten oxidativen Stress (1 Woche); reduzierte Lungenfibrose nach 5 Monaten post-Bestrahlung; keine H₂-bedingte Toxizität beobachtet

Abstract (deutsche Übersetzung)

Molekularer Wasserstoff (H₂) ist ein effizientes Antioxidans, das schnell durch Zellmembranen diffundiert, reaktive Sauerstoffspezies (ROS) wie Hydroxylradikale und Peroxynitrit reduziert und die durch oxidativen Stress induzierte Verletzung in mehreren Organen unterdrückt. ROS wurden mit strahlungsbedingten Lungenschäden in Verbindung gebracht. Da eine prompte Elimination von bestrahlungsinduzierten ROS das Lungengewebe vor den schädlichen Wirkungen der Bestrahlung schützen sollte, untersuchten wir die Möglichkeit, dass H₂ als Strahlenschutz in der Lunge dienen könnte. Zellen der menschlichen Lungenepithelzell-Linie A549 erhielten 10 Gy Bestrahlung mit oder ohne H₂-Behandlung über H₂-reiches PBS oder Medium. Wir untersuchten die möglichen strahlenprotektiven Wirkungen von H₂ durch Analyse von ROS und Zellschäden. Außerdem erhielten C57BL/6J-Weibchen 15 Gy Bestrahlung des Thorax. Behandlungsgruppen inhalierten 3% H₂-Gas und tranken H₂-angereichertes Wasser. Wir bewerteten akute und späte Bestrahlungslungenschäden nach H₂-Behandlung. H₂ reduzierte die Menge der bestrahlungsinduzierten ROS in A549-Zellen, wie durch Elektronenspinresonanz- und Fluoreszenzindikator-Signale gezeigt. H₂ reduzierte auch Zellschäden, gemessen als oxidativer Stress- und Apoptosemarker-Spiegel, und verbesserte die Zelllebensfähigkeit. Innerhalb von 1 Woche nach Ganzthorax-Bestrahlung zeigten Immunhistochemie und Immunblotting, dass die H₂-Behandlung oxidativen Stress und Apoptose, Maßnahmen für akute Schäden, in den Lungen von Mäusen reduzierte. Bei 5 Monaten nach der Bestrahlung zeigten Brust-Computertomographie, Ashcroft-Scores und Typ-III-Kollagenablagerung, dass die H₂-Behandlung Lungenfibrose (Spätschäden) reduzierte. Diese Studie zeigte somit, dass die H₂-Behandlung wertvoll für den Schutz vor strahlungsinduziertem Lungenschaden ohne bekannte Toxizität ist.

Original-Abstract (englisch)

Molecular hydrogen (H(2)) is an efficient antioxidant that diffuses rapidly across cell membranes, reduces reactive oxygen species (ROS), such as hydroxyl radicals and peroxynitrite, and suppresses oxidative stress-induced injury in several organs. ROS have been implicated in radiation-induced damage to lungs. Because prompt elimination of irradiation-induced ROS should protect lung tissue from damaging effects of irradiation, we investigated the possibility that H(2) could serve as a radioprotector in the lung. Cells of the human lung epithelial cell line A549 received 10 Gy irradiation with or without H(2) treatment via H(2)-rich PBS or medium. We studied the possible radioprotective effects of H(2) by analyzing ROS and cell damage. Also, C57BL/6J female mice received 15 Gy irradiation to the thorax. Treatment groups inhaled 3% H(2) gas and drank H(2)-enriched water. We evaluated acute and late-irradiation lung damage after H(2) treatment. H(2) reduced the amount of irradiation-induced ROS in A549 cells, as shown by electron spin resonance and fluorescent indicator signals. H(2) also reduced cell damage, measured as levels of oxidative stress and apoptotic markers, and improved cell viability. Within 1 wk after whole thorax irradiation, immunohistochemistry and immunoblotting showed that H(2) treatment reduced oxidative stress and apoptosis, measures of acute damage, in the lungs of mice. At 5 mo after irradiation, chest computed tomography, Ashcroft scores, and type III collagen deposition demonstrated that H(2) treatment reduced lung fibrosis (late damage). This study thus demonstrated that H(2) treatment is valuable for protection against irradiation lung damage with no known toxicity.

Quelle & Links

Screenshot der PubMed-Seite

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