GG
Guy Garty
Author with expertise in Genotoxicity and Carcinogenesis Mechanisms
Achievements
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
10
(60% Open Access)
Cited by:
1
h-index:
26
/
i10-index:
58
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
15

Immune Response following FLASH and Conventional Radiation in Diffuse Midline Glioma (DMG)

Oscar Padilla et al.Nov 10, 2022
ABSTRACT Purpose Diffuse Midline Glioma (DMG) is a fatal tumor traditionally treated with radiotherapy (RT) and previously characterized as having a non-inflammatory tumor immune microenvironment (TIME). FLASH is a novel RT technique using ultra-high dose rate, which is associated with decreased toxicity and effective tumor control. However, the effect of FLASH and conventional (CONV) RT on the DMG TIME have not yet been explored. Methods Here, we perform single-cell RNA sequencing and flow cytometry on immune cells isolated from an orthotopic syngeneic murine model of brainstem DMG following the use of FLASH (90Gy/sec) or CONV (2Gy/min) dose-rate RT, and compare to unirradiated tumor (SHAM). Results At day 4 post-RT, FLASH exerts similar effects as CONV in the predominant microglial (MG) population, including the presence of two activated subtypes. However, at day 10 post-RT, we observe a significant increase in type 1 interferon alpha receptor (IFNAR+) in MG in CONV and SHAM compared to FLASH. In the non-resident myeloid clusters of macrophages (MACs) and dendritic cells (DCs), we find increased type 1 interferon (IFN1) pathway enrichment for CONV compared to FLASH and SHAM by scRNA-seq. We observe this trend by flow cytometry at day 4 post-RT in IFNAR+ MACs and DCs, which equalizes by day 10 post-RT. DMG control and murine survival are equivalent between RT dose rates. Conclusion Our work is the first to map CONV and FLASH immune alterations of the DMG TIME with single-cell resolution. While DMG tumor control and survival are similar between CONV and FLASH, we find that changes in immune compartments differ over time. Importantly, while both RT modalities increase IFN1, we find that the timing of this response is cell-type and dose-rate dependent. These temporal differences, particularly in the context of tumor control, warrant further study.
15
Citation1
0
Save
0

New High Throughput Approaches to Detect Partial-body and Neutron Exposures on an Individual Basis

Igor Shuryak et al.May 23, 2019
Biodosimetry-based discrimination between homogeneous total-body photon exposure and complex irradiation scenarios (partial-body shielding and/or neutron + photon mixtures) can improve treatment decisions after mass-casualty radiation-related incidents. Our study objective was to use high-throughput biomarkers to: a) detect partial-body and/or neutron exposure on an individual basis, and b) estimate separately the photon and neutron doses in a mixed exposure. We developed a novel approach, where metrics related to the shapes of micronuclei distributions per binucleated cell in ex-vivo irradiated human lymphocytes (variance/mean, kurtosis, skewness, etc.) served as predictors in machine learning or parametric analyses of the following scenarios: (A) Homogeneous gamma-irradiation, mimicking total-body exposures, vs. mixtures of irradiated blood with unirradiated blood, mimicking partial-body exposures. (B) X rays vs. various neutron + photon mixtures. Classification of samples as homogeneously vs. heterogeneously irradiated (scenario A) achieved a receiver operating characteristic curve area (AUROC) of 0.931 (uncertainty range of 0.903-0.951), and R2 for actual vs. reconstructed mean dose was 0.87. Detection of samples with ≥10% neutron contribution (scenario B) achieved AUROC of 0.916 (0.893-0.943), and R2 for reconstructing photon-equivalent dose was 0.77. These encouraging findings demonstrate a proof-of-principle for the proposed approach of analyzing micronuclei/cell distributions to detect clinically-relevant complex radiation exposure scenarios.
0

DNA damage response in peripheral mouse blood leukocytes in vivo after variable, low-dose rate exposure

Qi Wang et al.May 24, 2019
Environmental contamination and ingestion of the radionuclide Cesium-137 (137Cs) is a large concern in fallout from a nuclear reactor accident and improvised nuclear device and highlights the need to develop biological assays for low dose rate, internal emitter radiation. To mimic low dose rates attributable to fallout, we have developed a VAriable Dose-rate External 137Cs irradiatoR (VADER), which can provide arbitrarily varying and progressive low dose rate irradiations in the range of 1.2 to 0.1 Gy/day, while circumventing the complexities of dealing with radioactively-contaminated biomaterials. We investigated the kinetics of mouse peripheral leukocytes DNA damage response in vivo after variable, low-dose rate 137Cs exposure. C57BL/6 mice were placed in the VADER over 7 days with total accumulated dose up to 2.7 Gy. Peripheral blood response including the leukocytes depletion, apoptosis signal protein p53 and DNA repair biomarker γ-H2AX were measured. The results illustrated that blood leukocyte count had significantly dropped by days 7. P53 levels peaked at day 2 (total dose=0.91Gy) and then declined whereas γ-H2AX yields generally increased with accumulated dose and peaked at day 5 (total dose=2.08Gy). ROC curve analysis for γ-H2AX provided a good discrimination of accumulated dose < 2 Gy and ≥ 2 Gy, highlighting the potential of γ-H2AX as a biomarker dosimetry in a protracted, environmental exposure scenario.
0

Multiwell-based G0-PCC assay for radiation biodosimetry

Ekaterina Royba et al.Aug 26, 2024
In major radiological events, rapid assays to detect ionizing radiation exposure are crucial for effective medical interventions. The purpose of these assays is twofold: to categorize affected individuals into groups for initial treatments, and to provide definitive dose estimates for continued care and epidemiology. However, existing high-throughput cytogenetic biodosimetry assays take about 3 days to yield results, which delays critical interventions. We have developed a multiwell-based variant of the chemical-induced G0-phase Premature Chromosome Condensation Assay that delivers same-day results. Our findings revealed that using a concentration of phosphatase inhibitor lower than recommended significantly increases the yield of cells with highly condensed chromosomes. These chromosomes exhibited increased fragmentation in a dose-dependent manner, enabling to quantify radiation damage using a custom Deep Learning algorithm. This algorithm demonstrated reasonable performance in categorizing doses into distinct treatment groups (84% and 80% accuracy for three and four iso-treatment dose bins, respectively) and showed reliability in determining the actual doses received (correlation coefficient of 0.879). This method is amendable to full automation and has the potential to address the need for same-day, high-throughput cytogenetic test for both dose categorization and dose reconstruction in large-scale radiation emergencies.
0

Cytogenetically-based biodosimetry after high doses of radiation

Mònica Pujol-Canadell et al.May 22, 2019
ABSTRACT Dosimetry is an important tool for triage and treatment planning following any radiation exposure accident, and biological dosimetry, which estimates exposure dose using a biological parameter, is a practical means of determining the specific dose an individual receives. The cytokinesis-blocked micronucleus assay (CBMN) is an established biodosimetric tool to measure chromosomal damage in mitogen-stimulated human lymphocytes. The CBMN method is especially valuable for biodosimetry in triage situations thanks to simplicity in scoring and adaptability to high-throughput automated sample processing systems. While this technique produces dose-response data which fit very well to a linear-quadratic model for exposures to low linear energy transfer (LET) radiation and for doses up for 5 Gy, limitations to the accuracy of this method arise at larger doses. Resolution at higher doses is limited by the number of cells reaching mitosis. Whereas it would be expected that the yield of micronuclei increases with the dose, in many experiments it has been shown to actually decrease when normalized over the total number of cells. This variation from a monotonically increasing dose response poses a limitation for retrospective dose reconstruction. In this study we modified the standard CBMN assay to increase its resolution following exposures to higher doses of photons or a mixed neutron–photon beam. The assay is modified either through inhibitions of the G2/M and spindle checkpoints with the addition of caffeine and/or ZM447439 (an Aurora kinase inhibitor), respectively to the blood cultures at select times during the assay. Our results showed that caffeine addition improved assay performance for photon up to 10 Gy. This was achieved by extending the assay time from the typical 70 h to just 74 h. Compared to micronuclei yields without inhibitors, addition of caffeine and ZM447439 resulted in improved accuracy in the detection of micronuclei yields up to 10 Gy from photons and 4 Gy of mixed neutrons-photons. When the dose-effect curves were fitted to take into account the turnover phenomenon observed at higher doses, best fitting was achieved when the combination of both inhibitors was used. These techniques permit reliable dose reconstruction after high doses of radiation with a method that can be adapted to high-throughput automated sample processing systems.
1

LET-dependence of radiation-induced makers of Immunogenic Cell Death in human cancer cell lines

Brian Ponnaiya et al.Jan 26, 2022
ABSTRACT Purpose It has been suggested that heavy-ion radiation therapy may contribute to the control of distal metastases. These distant responses may include immune cell activation. Immunostimulation resulting from radiation-induced immunogenic cell death (ICD) of cancer cells, leads to the recruitment of anti-tumor T cells. Specific markers of ICD include translocation of calreticulin (CRT) and extracellular release of high mobility group box 1 protein (HMGB1), and ATP. However, the LET dependence of these effects remains unknown. Materials and Methods Expression of the molecular indicators described above were tested in a panel of human cancer cell lines, that included pancreatic cancer (Panc1 and Paca2), glioblastoma (U87 and LN18) and melanoma (HTB129 and SK-Mel5). Cells were irradiated with 5 Gy of particles spanning a range of LETs, from 10 KeV/μm to 150 KeV/μm and assayed for relocalization of calreticulin and release of HMGB1 and ATP were assayed 24 hours later. Results In the pancreatic cancer cell lines (Panc1 and Paca2) there was a continued increase in the membrane relocalization of calreticulin as a function of increasing LET up to 150 KeV/μm. The melanoma cell lines, HTB129 and Sk-Mel5 showed similar patterns. In contrast, calreticulin levels were higher, but not LET-dependent, in irradiated U87 and LN18 (glioblastoma) lines. With the exception of the response in Paca2, increases in LET correlated with increases in HMGB1 that seemed to peak at 100 KeV/μm and then either remain unchanged or decrease at 150 KeV/μm. while the ATP levels were elevated in media from some of the irradiated groups, there were no clear patterns either by cell type or LET. Conclusions Our results indicate that at equal doses, although there is an overall trend of increases in the responses to increasing LETs, there are significant cell line-specific differences in the patterns of expression of these key ICD markers.
0

Multiwell-based G0-PCC assay for radiation biodosimetry

Ekaterina Royba et al.May 30, 2024
In cytogenetic biodosimetry, assessing radiation exposure typically requires over 48 hours for cells to reach mitosis, significantly delaying the administration of crucial radiation countermeasures needed within the first 24 hours post-exposure. To improve medical response times, we incorporated the G0-Premature Chromosome Condensation (G0-PCC) technique with the Rapid Automated Biodosimetry Tool-II (RABiT-II), creating a faster alternative for large-scale radiation emergencies. Our findings revealed that using a lower concentration of Calyculin A (Cal A) than recommended effectively increased the yield of highly-condensed G0-PCC cells (hPCC). However, integrating recombinant CDK1/Cyclin B kinase, vital for chromosome condensation, proved challenging due to the properties of these proteins affecting interactions with cellular membranes. Interestingly, Cal A alone was capable of inducing chromosome compaction in some G0 cells even in the absence of mitotic kinases, although these chromosomes displayed atypical morphologies. This suggests that Cal A mechanism for compacting G0 chromatin may differ from condensation driven by mitotic kinases. Additionally, we observed a correlation between radiation dose and extent of hPCC chromosome fragmentation, which allowed us to automate radiation damage quantification using a Convolutional Neural Network (CNN). Our method can address the need for a same-day cytogenetic biodosimetry test in radiation emergency situations.