Comparison of three radio-frequency discharge modes on the treatment of breast cancer cells in vitro

Non-thermal plasmas (NTPs) are known for their ability to induce thermal-free cytotoxic effects on cancer cells. However, as the variety of NTP devices increases, comparison of their cytotoxic effect becomes increasingly essential. In this work, we compare the cytotoxicity of three different radio-frequency NTPs. MDA-MB-231 triple negative breast cancer cells are treated in suspension in DMEM culture medium by the effluents of a single radiofrequency (RF) discharge device operating in three modes, namely the and modes of the capacitively coupled radio-frequency (CCRF) discharge and a RF plasma jet mode. All three discharge modes reduce the proliferative capacity of MDA-MB-231 cells, but the treatment time required to reach the same efficacy is more than ten times longer using the and the modes than using the jet mode. In all cases, using the appropriate treatment time, cells exhibit an impaired proliferation and eventually start to show signs of cell death (about 48 h after treatment). The three discharge modes also induce nuclear DNA damages. Plasma-produced H2O2 was not found to contribute to the cytotoxicity of the treatment. Furthermore, short-lived reactive species (gas phase or liquid phase species with a lifetime below 1 s) are expected to play a dominant role over the long-lived reactive species in the anti-cancer effect of all three discharge modes

Le rôle des protéines anti-apoptotiques de la famille Bcl-2 et du facteur de transcription anti-oxydant Nrf2 dans l'effet protecteur de la thermotolérance (40°C)

L'hyperthermie (41-45°C), ou thermothérapie, est un traitement contre le cancer utilisé en combinaison avec la radio- et la chimiothérapie. L'hyperthermie créé des réactions de stress dans les cellules cancéreuses qui mènent à leur mort par apoptose. Malgré de nombreux progrès dans son utilisation clinique, les mécanismes impliqués dans la réponse cellulaire à l'hyperthermie ne sont pas encore élucidés. La thermotolérance est une réponse adaptative qui apparait en réponse à l'hyperthermie. Elle permet l'induction de défenses (protéines de choc thermique, réponse aux protéines mal-repliées (UPR), antioxydants) qui permettront à la cellule de survivre un stress subséquent de choc thermique aigu. La thermotolérance pourrait donc représenter un obstacle aux traitements par hyperthermie, mais son effet est transitoire et n'a donc pas d'impact sur les traitements. La thermotolérance peut être induite suite à une exposition courte (<1h) à de fortes températures (42-45°C) ou suite à une exposition longue (≥3h) à des températures modérées (39-40°C). Ce deuxième type de thermotolérance peut être induit lors d'un état fiévreux, la fièvre étant un effet secondaire courant de l'hyperthermie. Cette thermotolérance modérée est encore peu étudiée et mal comprise. Les deux objectifs principaux de cette étude sont (1) de mieux comprendre les mécanismes de mort cellulaire induits par hyperthermie (42-43°C), notamment par la voie de l'apoptose mitochondriale et les protéines de la famille Bcl-2, ainsi que l'impact de la thermotolérance (40°C) sur cette voie, et (2) d'étudier l'implication possible du facteur de transcription antioxydant « nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2 » (Nrf2) dans l'induction de la thermotolérance. L'objectif premier est de déterminer la réponse des protéines de la famille Bcl-2 impliquées dans la voie apoptotique mitochondriale lors de chocs thermiques intenses (42-43°C) ou modérés (40°C). En effet, bien que l'implication des protéines Bcl-2 dans l'induction de l'apoptose soit claire, leur réponse à l'hyperthermie est méconnue. L'expression de diverses protéines pro-apoptotiques (Bax, Bak, Puma et Noxa) et anti-apoptotiques (Bcl-2 et Bcl-xL) de cette famille a donc été étudiée par Western Blot. L'hyperthermie (42-43 °C) diminue l'expression totale et mitochondriale de Bcl-2 et Bcl-xL et augmente l'expression mitochondriale de Bax, Bak, Puma et Noxa. Ce débalancement par l'hyperthermie de l'équilibre au sein de la famille de protéines Bcl-2 s'effectue donc en faveur de ses membres pro-apoptotiques, menant ensuite à l'augmentation de l'activité des caspases-9 et -3 et à la condensation de la chromatine, marqueur physique de l'entrée en apoptose des cellules. La thermotolérance (40°C) annule ces effets pro-apoptotiques de l'hyperthermie en rétablissant le niveau basal d'expression de ces protéines Bcl-2, et permet donc de diminuer l'activité des caspases-9 et -3 et le taux global d'apoptose chez les cellules exposées à un choc thermique à 42-43°C. L'inhibiteur de Bcl-2 et Bcl-xL, ABT-737, exacerbe les effets de l'hyperthermie, aboutissant donc à un taux d'apoptose plus élevé que sans inhibiteur. Des inhibiteurs des membres anti-apoptotiques de Bcl-2 sont déjà développés en clinique; leur utilisation en combinaison avec l'hyperthermie pourrait donc être envisagée afin d'améliorer l'efficacité de cette dernière. En inhibant les protéines anti-apoptotiques de la famille Bcl-2, l'ABT-737 cause une diminution de l'effet protecteur de la thermotolérance, prouvant ainsi l'implication de ces protéines dans la mise en place de cette réponse adaptative. La thermotolérance protège donc les cellules contre l'apoptose induite par les chocs thermiques en modulant des effecteurs de la voie mitochondriale. Le deuxième objectif est de déterminer l'implication du facteur de transcription antioxydant Nrf2 dans l'induction de la thermotolérance (40°C). II a déjà été prouvé que la thermotolérance (40°C, 3h) induit l'augmentation de la présence d'antioxydants (manganèse superoxyde dismutase (MnSOD), glutamate-cystéine ligase (GCL), glutathion, catalase) dans les cellules (Pallepati et Averill-Bates, 2010). Nous avons donc voulu évaluer si cette augmentation pouvait être liée à l'activation du facteur de transcription Nrf2, qui a pour cible de nombreux gènes codant pour des antioxydants tels la catalase. L'exposition des cellules à 40°C pendant 30 à 60 min permet l'augmentation des espèces réactives de l'oxygène (ERO) tels que superoxyde, peroxydes et nitrique oxyde. Après 1h à 40°C, on observe un pic d'expression de Nrf2, qui se traduit par l'augmentation de l'activité de la catalase à partir de 1h. L'induction de la thermotolérance passerait donc par une augmentation précoce des ERO qui déclencherait ensuite la voie antioxydante de Nrf2 afin d'activer la production d'antioxydants. L'inhibition de Nrf2 par l'utilisation d'un shARN est capable de diminuer l'effet protecteur de la thermotolérance (40°C, 3h) à l'encontre de l'apoptose induite par un choc thermique (42°C, 3h), alors que l'augmentation de l'expression de Nrf2 par l'oltipraz permet d'augmenter cet effet protecteur. Les ERO et le facteur de transcription Nrf2 sont donc impliqués dans la mise en place des réponses de survie caractéristiques de la thermotolérance à 40°C. En conclusion, cette étude permet d'ajouter aux connaissances sur les mécanismes apoptotiques induits par l'hyperthermie (42-43°C). Elle permet également de mieux comprendre l'effet protecteur de la thermotolérance, réponse adaptative induite par un stress thermique modéré (40°C). Les éléments précoces d'induction de la thermotolérance ont notamment été élucidés. Ces connaissances pourront permettre d'envisager une utilisation de la thermotolérance afin de traiter des maladies liées aux stress cellulaires.\ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : hyperthermie, thermotolérance, protéines Bcl-2, Nrf2, espèces réactives de l'oxygène, antioxydan

Genetic diversity in Mediterranean Brassica vegetables: seed phenotyping could be useful for sustainable crop production

The European BrasExplor project aims to explore the genetic diversity present in two economically important Brassica crop species, Brassica oleracea and B. rapa, for sustainable crop production. This diversity is present in wild populations but also in cultivated landraces and has been shaped by contrasting environments. An international consortium of 11 partners has begun to collect and multiply wild populations extending from the French North Atlantic coast to the southern Algerian desert as well as local cultivars from 6 contributing countries in order to characterize the genetic diversity available over a wide soil-climate gradient. A total of 100 populations has been obtained for each species. Identifying the genetic variation and understanding the basis for it will allow the development of breeding strategies for a better adaptation of turnip (Brassica rapa) and cabbage (Brassica oleracea var. capitata) to climate change. One third of the collection has been already phenotyped for its germination traits of native seeds harvested in 2020 for wild populations or of local landraces provided by farmers and seed banks. In favourable conditions, a high diversity in germination capacity and germination rate was observed independently of seed age. The two species have a different germination profile: some turnip seeds can stand higher temperature and lower water potential than most cabbage seeds. Variation in flowering time has also been documented in these plants.We are grateful to Benjamin Foltran for his contribution to the project during his internship, Anne-Sophie Grenier for her input in communication and project website. We also thank Hakima Arrar, Fariza Boussad, Thouraya Rhim, Ilahy Riadh who are involved in field phenotyping. BrasExplor project is funded by the PRIMA programme supported under Horizon ? ? ? ? the European Union’s framework programme for research and innovation.Peer reviewe

Synergy between Non-Thermal Plasma with Radiation Therapy and Olaparib in a Panel of Breast Cancer Cell Lines

Cancer therapy has evolved to a more targeted approach and often involves drug combinations to achieve better response rates. Non-thermal plasma (NTP), a technology rapidly expanding its application in the medical field, is a near room temperature ionized gas capable of producing reactive species, and can induce cancer cell death both in vitro and in vivo. Here, we used proliferation assay to characterize the plasma sensitivity of fourteen breast cancer cell lines. These assays showed that all tested cell lines were sensitive to NTP. In addition, a good correlation was found comparing cell sensitivity to NTP and radiation therapy (RT), where cells that were sensitive to RT were also sensitive to plasma. Moreover, in some breast cancer cell lines, NTP and RT have a synergistic effect. Adding a dose of PARP-inhibitor olaparib to NTP treatment always increases the efficacy of the treatment. Olaparib also exhibits a synergistic effect with NTP, especially in triple negative breast cancer cells. Results presented here help elucidate the position of plasma use as a potential breast cancer treatment

The experiences of families with incarcerated members

The study aimed to explore the experiences of families with incarcerated members. The qualitative research used a semi-structured interview in gathering the responses of the eleven participants, which are the immediate family members of the incarcerated individual, preferably the spouse, child or sibling of the incarcerated. Purposive sampling was used to gather the intended participants. The family members should be of low socio-economic status with the incarcerated individual either been released from prison or currently in prison located in Metro Manila only. Content analysis was applied in interpreting and analyzing the data. Results have shown that the family members experienced having life challenges, changes in the family structure and used different resources to cope with the situation. The life challenges include experiencing financial difficulties, institutional obstacles, legal concerns and emotional stress. On the other hand, the changes in the family structure include the additional responsibilities, unaffected/maintained family roles and changes in the relationship with the incarcerated. Furthermore, the resources that the families used in coping with the situation include the family resources and external support. Implications of less specific criteria and more participants for future research are discussed

Hypoxic Jumbo Spheroids On-A-Chip (HOnAChip): Insights into Treatment Efficacy

Hypoxia is a key characteristic of the tumor microenvironment, too rarely considered during drug development due to the lack of a user-friendly method to culture naturally hypoxic 3D tumor models. In this study, we used soft lithography to engineer a microfluidic platform allowing the culture of up to 240 naturally hypoxic tumor spheroids within an 80 mm by 82.5 mm chip. These jumbo spheroids on a chip are the largest to date (&gt;750 µm), and express gold-standard hypoxic protein CAIX at their core only, a feature absent from smaller spheroids of the same cell lines. Using histopathology, we investigated response to combined radiotherapy (RT) and hypoxic prodrug Tirapazamine (TPZ) on our jumbo spheroids produced using two sarcoma cell lines (STS117 and SK-LMS-1). Our results demonstrate that TPZ preferentially targets the hypoxic core (STS117: p = 0.0009; SK-LMS-1: p = 0.0038), but the spheroids’ hypoxic core harbored as much DNA damage 24 h after irradiation as normoxic spheroid cells. These results validate our microfluidic device and jumbo spheroids as potent fundamental and pre-clinical tools for the study of hypoxia and its effects on treatment response

On-chip combined radiotherapy and chemotherapy testing on soft-tissue sarcoma spheroids to study cell death using flow cytometry and clonogenic assay

Abstract Radiotherapy (RT) and chemotherapy (CT) are the major therapeutics to treat cancer patients. Conventional in vitro 2D models are insufficient to study the combined effects of RT and CT towards optimized dose selection or drug screening. Soft-tissue sarcomas (STS) are rare cancers with profound social impacts as they affect patients of all ages. We developed a microfluidic device to form and culture STS spheroids to study the combined cytotoxicities of RT and CT. Uniformly-sized spheroids of two different cell lines, STS 93 and STS 117, were formed in the device. RT doses of 0.5 Gy, 2 Gy, and 8 Gy were used in combination with CT, doxorubicin at 2 µM and 20 µM. The spheroids culture chambers within the device were arranged in a 3 × 5 matrix form. The device was made “peelable”, which enabled us to collect spheroids from each treatment condition separately. Collected spheroids were dissociated into single cells and evaluated using flow cytometry and clonogenic assays. Through this workflow, we observed that STS 93 spheroids treated with doxorubicin die through apoptosis, whereas RT induced death through other pathways. Spheroids from the p53 mutant STS 117 cell line were more resistant to RT and doxorubicin. The developed device could be used for the discovery of new drugs and RT synergies