In the present work, a kilojoule plasma focus device, PF-2 kJ, is adopted as a pulsed x-ray source to study the effects of pulsed radiation in cancer cells. Low dose hyper-radiosensitivity (LDHRS) effects have been explored in various cancer cell lines using conventional x-ray irradiation. To the best of our knowledge, the LDHRS effects have not yet been explored using pulsed x-rays. Cell death was evaluated in human colorectal (DLD-1 and HCT-116) and breast (MCF-7) cancer cell lines (monolayer cell cultures) irradiated with 10 (∼0.24 Gy), 20 (0.61 Gy), and 40 (∼1.1 Gy) pulses (FWHM ∼ 90 ns, dose rate ∼107 Gy/min with a dose of 0.025 Gy per pulse). The LDHRS cell death effect in the DLD-1 cell line irradiated with pulsed x-ray is three times higher than the reported for a conventional continuous x-ray source at two times higher doses. LDHRS was also observed in HCT-116 and MCF-7 cells exposed to 10 and 20 x-ray pulses, respectively, which are reported not to exhibit LDHRS when conventional continuous x-ray sources are used. Besides, a normal colorectal cell line, CCD-841-CoN, does not show a significant cell death at 10 pulses. These preliminary results suggest a selective effect of low-dose pulsed x-rays on cancer cells. The present work demonstrates the applicability of plasma focus devices for cancer research. Further possibilities in the exploration of pulsed x ray of high-dose rate and low total dose in radiotherapy research are opened.

1.
R.
Andaur
,
J. C.
Tapia
,
J.
Moreno
,
L.
Soto
,
R.
Armisen
, and
K.
Marcelain
,
Oncotarget
9
,
26387
(
2018
).
2.
L. M.
Martin
,
B.
Marples
,
T. H.
Lynch
,
D.
Hollywood
, and
L.
Marignol
,
Cancer Lett.
349
,
97
(
2014
).
3.
M.
Sumini
,
L.
Isolan
,
M.
Cremonesi
, and
C.
Garibaldi
,
Radiat. Phys. Chem.
164
,
108360
(
2019
).
4.
A.
Virelli
,
I.
Zironi
,
F.
Pasi
,
E.
Ceccolini
,
R.
Nano
,
A.
Facoetti
,
E.
Gavoçi
,
M.
Fiore
,
F.
Rocchi
,
D.
Mostacci
,
G.
Cucchi
,
G.
Castellani
,
M.
Sumini
, and
R.
Orecchia
,
Radiat. Prot. Dosim.
166
,
383
(
2015
).
5.
F.
Buontempo
,
E.
Orsini
,
I.
Zironi
,
L.
Isolan
,
A.
Cappellini
,
S.
Rapino
,
A.
Tartari
,
D.
Mostacci
,
G.
Cucchi
,
A. M.
Martelli
,
M.
Sumini
,
G.
Castellani
, and
G. E.
Woloschak
,
PLoS ONE
13
,
e0199312
(
2018
).
6.
J.
Jain
,
J.
Moreno
,
R.
Andaur
,
R.
Armisen
,
D.
Morales
,
K.
Marcelain
,
G.
Avaria
,
B.
Bora
,
S.
Davis
,
C.
Pavez
, and
L.
Soto
,
AIP Adv.
7
,
085121
(
2017
).
7.
H. S.
Poh
,
M. C.
Lee
,
S. S.
Yap
,
S. Y.
Teow
,
D. A.
Bradley
, and
S. L.
Yap
,
Jpn. J. Appl. Phys.
59
,
SHHB06
(
2020
).
8.
L.
Soto
,
Plasma Phys. Control. Fusion
47
,
A361
(
2005
).
9.
A.
Salehizadeh
,
A.
Sadighzadeh
,
M. S.
Movahhed
,
A. A.
Zaeem
,
A.
Heidarnia
,
R.
Sabri
,
M. B.
Mahmoudi
,
H.
Rahimi
,
S.
Rahimi
,
E.
Johari
,
M.
Torabi
, and
V.
Damideh
,
J. Fusion Energy
32
,
293
(
2013
).
10.
L.
Soto
,
C.
Pavez
,
A.
Tarifeño
,
J.
Moreno
, and
F.
Veloso
,
Plasma Sources Sci. Technol.
19
,
055017
(
2010
).
11.
M.
Barbaglia
,
R.
Giovachini
,
M. M.
Milanese
, and
A.
Clausse
,
Plasma Phys. Control. Fusion
62
,
055002
(
2020
).
12.
D.
Piriaei
,
T. D.
Mahabadi
,
S.
Javadi
, and
M.
Ghoranneviss
,
Phys. Plasmas
24
,
043504
(
2017
).
13.
B.
Shirani
and
F.
Abbasi
,
Braz. J. Phys.
40
,
125
(
2010
).
14.
W. H.
Gaber
,
F. B.
Diab
,
M. E.
Abdel-kader
, and
K. M.
Ahmed
,
J. Fusion Energy
37
,
30
(
2018
).
15.
J.
Jain
,
J.
Moreno
,
S.
Davis
,
B.
Bora
,
C.
Pavez
,
G.
Avaria
, and
L.
Soto
,
Results Phys.
16
,
102915
(
2020
).
16.
A.
Bernard
,
H.
Bruzzone
,
P.
Choi
,
H.
Chuaqui
,
V.
Gribkov
,
J.
Herrera
,
K.
Hirano
,
A.
Krejci
,
S.
Lee
,
C.
Luo
, and
F.
Mezzetti
,
J. Moscow Phys. Soc.
8
,
93
(
1998
).
17.
P.
Silva
,
J.
Moreno
,
L.
Soto
,
L.
Birstein
,
R.
Mayer
, and
W.
Kies
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
3269
(
2003
).
18.
J.
Moreno
,
F.
Veloso
,
C.
Pavez
,
A.
Tarifeño-Saldivia
,
D.
Klir
, and
L.
Soto
,
Plasma Phys. Control. Fusion
57
,
035008
(
2015
).
19.
C.
Pavez
,
J.
Pedreros
,
M.
Zambra
,
F.
Veloso
,
J.
Moreno
,
A.
Tarifeño-Saldivia
, and
L.
Soto
,
Plasma Phys. Control. Fusion
54
,
105018
(
2012
).
20.
M.
Barbaglia
,
H.
Bruzzone
,
H.
Acuña
,
L.
Soto
, and
A.
Clausse
,
Plasma Phys. Control. Fusion
51
,
045001
(
2009
).
21.
S.
Hussain
,
M.
Shafiq
,
R.
Ahmad
,
A.
Waheed
, and
M.
Zakaullah
,
Plasma Sources Sci. Technol.
14
,
61
(
2005
).
22.
U.
Jäger
and
H.
Herold
,
Nucl. Fusion
27
,
407
(
1987
).
23.
D.
Klir
,
P.
Kubes
,
M.
Paduch
,
T.
Pisarczyk
,
T.
Chodukowski
,
M.
Scholz
,
Z.
Kalinowska
,
B.
Bienkowska
,
L.
Karpinski
,
J.
Kortanek
,
J.
Kravarik
,
K.
Rezac
,
I.
Ivanova-Stanik
,
K.
Tomaszewski
, and
E.
Zielinska
,
Plasma Phys. Control. Fusion
54
,
015001
(
2012
).
24.
D.
Klir
,
P.
Kubes
,
M.
Paduch
,
T.
Pisarczyk
,
T.
Chodukowski
,
M.
Scholz
,
Z.
Kalinowska
,
E.
Zielinska
,
B.
Bienkowska
,
J.
Hitschfel
, and
S.
Jednorog
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
071501
(
2011
).
25.
L.
Soto
,
C.
Pavez
,
J.
Moreno
,
M. J.
Inestrosa-Izurieta
,
F.
Veloso
,
G.
Gutiérrez
,
J.
Vergara
,
A.
Clausse
,
H.
Bruzzone
,
F.
Castillo
, and
L. F.
Delgado-Aparicio
,
Phys. Plasmas
21
,
122703
(
2014
).
26.
C.
Pavez
,
J.
Pedreros
,
A.
Tarifeño-Saldivia
, and
L.
Soto
,
Phys. Plasmas
22
,
040705
(
2015
).
27.
L.
Orellana
,
J.
Ardila-Rey
,
G.
Avaria
,
M. A.
Diaz
,
C.
Pavez
,
R.
Schurch
, and
L.
Soto
,
IEEE Access
7
,
133043
(
2019
).
28.
G.
Avaria
,
J.
Ardila-Rey
,
S.
Davis
,
L.
Orellana
,
B.
Cevallos
,
C.
Pavez
, and
L.
Soto
,
IEEE Access
7
,
74899
(
2019
).
29.
L.
Orellana
,
G.
Avaria
,
J.
Ardila-Rey
,
S.
Davis
,
R.
Schurch
, and
C.
Pavez
,
IEEE Access
8
,
79273
(
2020
).
30.
L.
Soto
,
C.
Pavéz
,
J.
Moreno
,
L.
Altamirano
,
L.
Huerta
,
M.
Barbaglia
, and
R. E.
Mayer
,
Phys. Plasmas
24
,
082703
(
2017
).
31.
R. S.
Rawat
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
41
,
701
(
2013
).
32.
M. J.
Inestrosa-Izurieta
,
J.
Moreno
,
S.
Davis
, and
L.
Soto
,
AIP Adv.
7
,
105026
(
2017
).
33.
C.
Moreno
,
M.
Vénere
,
R.
Barbuzza
,
M.
Del Fresno
,
R.
Ramos
,
H.
Bruzzone
,
F. P. J.
González
, and
A.
Clausse
,
Braz. J. Phys.
32
,
20
(
2002
).
34.
M.
Zambra
,
P.
Silva
,
C.
Pavez
,
D.
Pasten
,
J.
Moreno
, and
L.
Soto
,
Plasma Phys. Control. Fusion
51
,
125003
(
2009
).
35.
M. J.
Inestrosa-Izurieta
,
E.
Ramos-Moore
, and
L.
Soto
,
Nucl. Fusion
55
,
093011
(
2015
).
36.
V. A.
Gribkov
,
I. V.
Borovitskaya
,
E. V.
Demina
,
E. E.
Kazilin
,
S. V.
Latyshev
,
S. A.
Maslyaev
,
V. N.
Pimenov
,
T.
Laas
,
M.
Paduch
, and
S. V.
Rogozhkin
,
Matter Radiat. Extremes
5
,
045403
(
2020
).
37.
S.
Davis
,
F.
González-Cataldo
,
G.
Gutiérrez
,
G.
Avaria
,
B.
Bora
,
J.
Jain
,
J.
Moreno
,
C.
Pavez
, and
L.
Soto
,
Matter Radiat. Extremes
6
,
015902
(
2021
).
38.
J.
Jain
,
J.
Moreno
,
G.
Avaria
,
C.
Pavez
,
B.
Bora
,
M. J.
Inestrosa Izurieta
,
D.
Diez
,
O.
Alvarez
,
J.
Tapia
, and
K.
Marcelain
,
J. Phys.: Conf. Ser.
720
,
012043
(
2016
).
39.
S.
Zapryanov
,
V.
Goltsev
,
B.
Galutsov
,
M.
Gelev
, and
A.
Blagoev
,
Eur. Phys. J.: Appl. Phys.
58
,
11201
(
2012
).
40.
J.
Jain
,
J.
Moreno
,
S.
Davis
,
B.
Bora
,
C.
Pavez
,
G.
Avaria
, and
L.
Soto
,
Phys. Plasmas
26
,
103105
(
2019
).
41.
V.
Dubrovsky
,
I. G.
Gazaryan
,
V. A.
Gribkov
,
Y. P.
Ivanov
,
O. A.
Kost
,
M. A.
Orlova
, and
N. N.
Troshina
,
J. Russ. Laser Res.
24
,
289
(
2003
).
42.
D. A.
Díaz Contreras
, “
Characterization of the ionizing radiation emission of a plasma focus device
,”
Master thesis
(
2018
), see https://repositorio.uc.cl/xmlui/handle/11534/22223
43.
J.
Jain
,
J.
Moreno
,
R. E.
Avila
,
G.
Avaria
,
C.
Pavez
,
B.
Bora
,
S.
Davis
, and
L.
Soto
,
J. Phys.: Conf. Ser.
1043
,
012048
(
2018
).
44.
L. M.
Martin
,
B.
Marples
,
T. H.
Lynch
,
D.
Hollywood
, and
L.
Marignol
,
Cancer Lett.
338
,
209
(
2013
).
45.
K. A.
Skov
,
H. S.
MacPhail
, and
B.
Marples
,
Radiat. Res.
138
,
S113
(
1994
).
46.
K. A.
Skov
,
B.
Marples
,
J. B.
Matthews
,
M. C.
Joiner
, and
H.
Zhou
,
Radiat. Res.
138
,
S126
(
1994
).
47.
N.
Amornwichet
,
T.
Oike
,
A.
Shibata
,
H.
Ogiwara
,
N.
Tsuchiya
,
M.
Yamauchi
,
Y.
Saitoh
,
R.
Sekine
,
M.
Isono
,
Y.
Yoshida
,
T.
Ohno
,
T.
Kohno
,
T.
Nakano
, and
P.
Fei
,
PLoS One
9
,
e115121
(
2014
).
48.
B.
Marples
,
B. G.
Wouters
,
S. J.
Collis
,
A. J.
Chalmers
, and
M. C.
Joiner
,
Radiat. Res.
161
,
247
(
2004
).
49.
L.
Enns
,
K. T.
Bogen
,
J.
Wizniak
,
A. D.
Murtha
, and
M.
Weinfeld
,
Mol. Cancer Res.
2
,
557
(
2004
).
50.
L.
Luzhna
,
J.
Filkowski
, and
O.
Kovalchuk
,
Oncoscience
3
,
88
(
2016
).
51.
S.
Terashima
,
Y.
Hosokawa
,
E.
Tsuruga
,
Y.
Mariya
, and
T.
Nakamura
,
J. Radiat. Res.
58
,
782
(
2017
).
52.
V.
Todorovic
,
A.
Prevc
,
M. N.
Zakelj
,
M.
Savarin
,
S.
Bucek
,
B.
Groselj
,
P.
Strojan
,
M.
Cemazar
, and
G.
Sersa
,
Radiol. Oncol.
54
,
168
(
2020
).
53.
J.
Yan
,
J.
Yang
,
Y.
Yang
,
W.
Ren
,
J.
Liu
,
S.
Gao
,
S.
Li
,
W.
Kong
,
L.
Zhu
,
M.
Yang
,
X.
Qian
, and
B.
Liu
,
Transl. Oncol.
11
,
175
(
2018
).
54.
G. M.
Richards
,
W. A.
Tomé
,
H. I.
Robins
,
J. A.
Stewart
,
J. S.
Welsh
,
P. A.
Mahler
, and
S. P.
Howard
,
Breast Cancer Res. Treat.
114
,
307
(
2009
).
55.
K.
Shinohara
,
H.
Nakano
,
N.
Miyazaki
,
M.
Tago
, and
R.
Kodama
,
J. Radiat. Res.
45
,
509
(
2004
).
56.
H.
Al-Hallaq
,
M.
Cao
,
J.
Kruse
, and
E.
Klein
, Int.
J. Rad. Oncology Bio. Phys.
104
,
257
(
2019
).
57.
V.
Favaudon
,
L.
Caplier
,
V.
Monceau
,
F.
Pouzoulet
,
M.
Sayarath
,
C.
Fouillade
,
P.
Marie-France
,
B.
Isabel
,
H.
Philippe
,
B.
Jean
,
H.
Janet
,
F.
Jean-Jacques
, and
V.
Marie-Catherine
,
Sci. Trans. Med.
6
,
245ra93
(
2014
).
58.
P.
Montay-Gruel
,
K.
Petersson
,
M.
Jaccard
,
G.
Boivin
,
J. F.
Germond
,
B.
Petit
,
D.
Raphael
,
F.
Vincent
,
B.
Francois
,
B.
Claude
,
B.
Jean
, and
V.
Marie-Catherine
,
Radiotherapy and Oncology
124
,
365
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.