Gamma Irradiation Effects on Human Growth Hormone Producing Pituitary Adenoma Tissue:An Analysis of Morphology and Hormone Secretion in an in vitro Model System

Abstract

Irradiation-induced effects on pituitary cell morphology and secretion of growth hormone (GH) and prolactin (PRL) have been analysed using an in vitro system. Specimens for organ culture were obtained from three patients with pituitary tumours causing acromegaly but with different clinical activity of disease. Specimens were followed in vitro 1 h–6 days after single-dose gamma irradiations (⁶⁰Co) with 70, 100 and 150 Gy, respectively. These doses are used in clinical work for the stereotactic radiosurgery of pituitary adenomas.

Considerable fluctuations in hormone secretion/release occurred during the first 24 h after irradiation. Following 70 Gy single dose, the GH secretion increased slightly a few days after irradiation, having been at a minimum level 24 h after exposure. When using dose of 100 and 150 Gy, however, no such increased secretion with time after irradiation was indicated. All three tumours showed individual differences concerning irradiation-induced morphological damage. Only a minor variation occurred between specimens from the same tumour. In specimens from all tumours, irrespective of dose, minor morphological changes were observed 3-5 h after irradiation. Thereafter an individual response to irradiation became apparent. One tumour displayed maximum cell damage 24 h after irradiation with 70 Gy, showing severe oedema and damage to cell organelles. The other two adenomas were only slightly damaged following irradiation with 70, 100 and 150 Gy. Numerous morphologically normal or near-normal cells were found in all specimens from the three tumours 6 days after irradiation.

An individual sensitivity to irradiation of pituitary tumours in vitro is documented. The great number of surviving pituitary tumour cells one week after irradiation—many with an intact ultrastructure and containing hormone granules—indicated an initial high degree of radioresistance.

Die Proben wurden in vitro 1 Stunde bis 6 Tage nach einer Einzeldosis einer Gamma-Bestrahlung (⁶⁰Co) von 70, 100 und 150 Gy verfolgt. Diese Dosen werden unter klinischen Bedingungen bei der stereotaktischen Strahlen-chirurgie bei Hypophysenadenomen verwendet. Betraucht-liche Schwankungen in der Hormonsekretion beziehungs-weise der Hormonabgabe kommen wauhrend der ersten 24 Stunden nach der Bestrahlung vor. Nach 70 Gy Einzeldosis stieg die GH-Sekretion unbedeutend ein paar Tage nach der Bestrahlung an. Ein minimaler Spiegel wurde 24 Studen nach der Bestrahlung gefunden. Bei einer Dosis von 100 und 150 Gy jedoch wurde ein Ansteig nicht be-obachtet. Alle 3 Tumoren zeigten individuelle Unter-schiede in der Ausbildung eines strahleninduzierten morphologischen Schadens. Nur eine geringe Abwei-chung kam zwischen den Proben des gleichen Tumors vor. In den Proben aller Tumoren, unabhaungig von der Strahlendosis, wurden geringe morphologische Veraun-derungen 3-5 Tage nach der Bestrahlung beobachtet. Da-bei handelt es sich offensichtlich um eine individuelle Ant-wort auf eine Bestrahlung.

Ein Tumor zeigte einen maximalen Zellschaden 24 Stunden nach der Bestrahlung mit 70 Gy. Es fanden sich oudeme und Schauden an den Zellorganellen. Die 2 anderen Adenome wurden nach der Bestrahlung mit 70, 100 und 150 Gy nur unbedeutend geschaudigt. Eine grosse Anzahl normaler oder annauhernd normaler Zellen wurde in alien Proben der 3 Tumoren 6 Tage nach erfolgter Bestrahlung beobachtet.

Eine individuelle Empfmdlichkeit der Hypo-physentumoren gegenuuber Strahlen ist unter in vitro-Bedingungen nachgewiesen. Die grosse Zahl der iiberle-benden Hypophysentumorzellen eine Woche nach der Bestrahlung–viele mit einer intakten Ultrastruktur und ausgestattet mit Hormongranula–weist auf einen hohen Grad einer Strahlenresistenz hin.