Purpose: Improvement of radiotherapy techniques reduces the exposure of normal tissues to ionizing radiation. However, the risk of radiation-related late effects remains elevated. In the present study, we investigated long-term effects of radiation on heart muscle morphology.
Materials and methods: We established a mouse model to study microvascular density (MVD), deposition of collagen fibers, and changes in accumulation of heat shock 70 kDa protein 1 (HSPA1) in irradiated heart tissue. Hearts of C57BL/6 mice received a single dose of X‑ray radiation in the range 0.2-16 Gy. Analyses were performed 20, 40, and 60 weeks after irradiation.
Results: Reduction in MD was revealed as a long-term effect observed 20-60 weeks after irradiation. Moreover, a significant and dose-dependent increase in accumulation of HSPA1, both cytoplasmic and nuclear, was observed in heart tissues collected 20 weeks after irradiation. We also noticed an increase in collagen deposition in hearts treated with higher doses.
Conclusions: This study shows that some changes induced by radiation in the heart tissue, such as reduction in microvessel density, increase in collagen deposition, and accumulation of HSPA1, are observed as long-term effects which might be associated with late radiation cardiotoxicity.
Zielsetzung: Die Verbesserung der Strahlentherapietechnik reduziert die Exposition von normalen Geweben mit ionisierender Strahlung. Allerdings bleibt das Risiko strahlenbedingter Spätfolgen erhöht. In der vorliegenden Studie untersuchten wir die Langzeitwirkung einer Strahlenexposition des Herzmuskels in Bezug auf morphologische Veränderungen.
Material und Methoden: Wir haben ein Mausmodell etabliert, um die mikrovaskuläre Dichte (MVD), Ablagerung von Kollagenfasern und Veränderungen der Akkumulation von 70kDa-Hitzeschockprotein 1 (HSPA1) in bestrahltem Herzgewebe zu untersuchen. Männliche C57BL/6-Mäuse erhielten in Einzeldosen Röntgenstrahlen zwischen 0,2–16 Gy. Die Herzen wurden für die Analyse 20, 40 und 60 Wochen nach der Bestrahlung entnommen.
Ergebnisse: Als Langzeitwirkung 20–60 Wochen nach der Bestrahlung zeigte sich eine Reduktion der MVD. Weiterhin zeigte sich 20 Wochen nach Bestrahlung eine signifikante und dosisabhängige Akkumulationszunahme von HSPA1, sowohl zytoplasmatisch als auch nukleär. Auch wurde eine Kollagenablagerung in Herzgeweben festgestellt, die mit höheren Dosen behandelt wurden.
Schlussfolgerung: Diese Studie zeigt, dass die Bestrahlung zu Veränderungen, wie Verringerung der MVD, Zunahme der Kollagenablagerung und Akkumulation von HSPA1 im Herzgewebe, führt, die mit einer späten Strahlenkardiotoxizität assoziiert sein können.
Keywords: Adverse effects; Cardiotoxicity; Cardiovascular system; HSPA70-1 heat-shock proteins; Myocardial ischemia.