Boron uptake in normal melanocytes and melanoma cells and boron biodistribution study in mice bearing B16F10 melanoma for boron neutron capture therapy

Information on B-10 distribution in normal tissues is crucial to any further development of boron neutron capture therapy (BNCT). The goal of this study was to investigate the in vitro and in vivo boron biodistribution in B16F10 murine melanoma and normal tissues as a model for human melanoma treatment by a simple and rapid colorimetric method, which was validated by HR-ICP-MS. The B16F10 melanoma cell line showed higher melanin content than human melanocytes, demonstrating a greater potential for boronophenylalanine uptake. The melanocytes showed a moderate viability decrease in the first few minutes after BNCT application, stabilizing after 75 min, whereas the B16F10 melanoma showed the greatest intracellular boron concentration at 150 min after application, indicating a different boron uptake of melanoma cells compared to normal melanocytes. Moreover, at this time, the increase in boron uptake in melanoma cells was approximately 1.6 times higher than that in normal melanocytes. The B-10 concentration in the blood of mice bearing B16F10 melanoma increased until 90 min after BNCT application and then decreased after 120 min, and remained low until the 240th minute. On the other hand, the B-10 concentration in tumors was increased from 90 min and maximal at 150 min after application, thus confirming the in vitro results. Therefore, the present in vitro and in vivo study of B-10 uptake in normal and tumor cells revealed important data that could enable BNCT to be possibly used as a treatment for melanoma, a chemoresistant cancer associated with high mortality.

Boron determination in biological samples - Intercomparison of three analytical methods to assist development of a treatment protocol for neoplastic diseases of the liver with Boron Neutron Capture Therapy

Die Bor-Neuroneneinfang-Therapie (engl.: Boron Neutron Capture Therapy, BNCT) ist eine indirekte Strahlentherapie, welche durch die gezielte Freisetzung von dicht ionisierender Strahlung Tumorzellen zerstört. Die freigesetzten Ionen sind Spaltfragmente einer Kernreaktion, bei welcher das Isotop 10B ein niederenergetisches (thermisches) Neutron einfängt. Das 10B wird durch ein spezielles Borpräparat in den Tumorzellen angereichert, welches selbst nicht radioaktiv ist. rnAn der Johannes Gutenberg-Universität Mainz wurde die Forschung für die Anwendung eines klinischen Behandlungsprotokolls durch zwei Heilversuche bei Patienten mit kolorektalen Lebermetastasen an der Universität Pavia, Italien, angeregt, bei denen die Leber außerhalb des Körpers in einem Forschungsreaktor bestrahlt wurde. Als erster Schritt wurde in Kooperation verschiedener universitärer Institute eine klinische Studie zur Bestimmung klinisch relevanter Parameter wie der Borverteilung in verschiedenen Geweben und dem pharmakokinetischen Aufnahmeverhalten des Borpräparates initiiert.rnDie Borkonzentration in den Gewebeproben wurde hinsichtlich ihrer räumlichen Verteilung in verschiedenen Zellarealen bestimmt, um mehr über das Aufnahmeverhalten der Zellen für das BPA im Hinblick auf ihre biologischen Charakteristika zu erfahren. Die Borbestimung wurde per Quantitative Neutron Capture Radiography, Prompt Gamma Activation Analysis und Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy parallel zur histologischen Analyse des Gewebes durchgeführt. Es war möglich zu zeigen, dass in Proben aus Tumorgewebe und aus tumorfreiem Gewebe mit unterschiedlichen morphologischen Eigenschaften eine sehr heterogene Borverteilung vorliegt. Die Ergebnisse der Blutproben werden für die Erstellung eines pharmakokinetischen Modells verwendet und sind in Übereinstimmung mit existierenden pharmakokinetische Modellen. Zusätzlich wurden die Methoden zur Borbestimmung über speziell hergestellte Referenzstandards untereinander verglichen. Dabei wurde eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse festgestellt, ferner wurde für alle biologischen Proben Standardanalyseprotokolle erstellt.rnDie bisher erhaltenen Ergebnisse der klinischen Studie sind vielversprechend, lassen aber noch keine endgültigen Schlussfolgerungen hinsichtlich der Wirksamkeit von BNCT für maligne Lebererkrankungen zu. rn