Nuklearmedizin 2009; 48(05): 208-214
DOI: 10.3413/nukmed-0253
Original article
Schattauer GmbH

Cellular damage in vitro

Influence of β-energy and intracellular radionuclide uptakeEinfluss der mittleren Betaenergie und der intrazellulären Radionuklidaufnahme auf die Zellschädigung in vitro

Autoren

  • M. Wendisch

    1   Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Technische Universität Dresden, Germany
  • J. Drechsel

    1   Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Technische Universität Dresden, Germany
  • R. Freudenberg

    1   Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Technische Universität Dresden, Germany
  • R. Runge

    1   Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Technische Universität Dresden, Germany
  • G. Wunderlich

    1   Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Technische Universität Dresden, Germany
  • J. Kotzerke

    1   Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Technische Universität Dresden, Germany
Weitere Informationen

Publikationsverlauf

received: 30. April 2009

accepted in revised form: 10. Juli 2009

Publikationsdatum:
22. Januar 2018 (online)

Summary

Aim: The cellular damage of ionising radiation depends on dose, physical radiation quality (e. g. LET) and intracellular radionuclide uptake. The influence of two beta emitters (188Re and 131I) on the thyroid cell line PC Cl3 was studied. Furthermore, we analysed the effect of intracellular accumulation. Methods: The thyroid cell line PC Cl3 was irradiated with 188Re-perrhenate or 131I-sodium iodide in presence or absence of perchlorate. The initial DNA-damage was measured in the comet assay as olive tail moment (OTM). The colony forming assay detects the clonogenic cell survival as surviving fraction. Additional the intracellular radionuclide uptake was quantified. Results: Dose response curves were established for irradiation with 188Re-perrhenate or 131I-iodine under various extra- and intracellular activity distribution conditions. In the presence of perchlorate DNA-damage and clonogenic cell survival for both radionuclides were comparable. In the absence of perchlorat radionuclide uptake of 1.39% (131I) and 4.14% (188Re) were measured causing twofold higher radiotoxicity. Although 131I uptake was lower than 188Re uptake the OTM values were higher und surviving fractions were lower. Conclusions: 131I, compared to 188Re, has lower mean beta energy and a higher LET, and therefore, it induced a higher DNA-damage even at lower intracellular uptake. An additional explanation for the higher radiotoxicity of 131I could be the higher dose exposition caused by crossfire through neighborhood cells.

Zusammenfassung

Ziel: Die Zellschädigung durch ionisierende Strahlung wird durch die absorbierte Dosis, strahlenphysikalische Eigenschaften (z. B. LET) sowie die intrazelluläre Radionuklidlokalisation beeinflusst. An der Schilddrüsenzelle PC Cl3 sollte der Einfluss zweier Betastrahler (188Re und 131I) mit unterschiedlicher mittlerer Betaenergie sowie der Einfluss der intrazellulären Akkumulation auf das Ausmaß des DNASchadens untersucht werden. Methoden: Die PC Cl3-Zellen wurden in An- bzw. Abwesenheit von Perchlorat mit 188Re und 131I inkubiert. Im Komet-Assay wurde die Höhe des initialen DNA-Schadens an Hand des OTM (olive tail moment) quantifiziert. Das klonogene Zell überleben wurde mit dem Koloniebildungstest durch Bestimmung der Überlebensfraktion ermittelt. Parallel zu allen Versuchen wurde die intrazelluläre Radionuklidaufnahme durch Uptake-Experimente gemessen. Ergebnisse: Dosis/Wirkungskurven für die Bestrahlung mit 188Re und 131I unter variabler extra- und intrazellulärer Verteilung der Radioaktivität wurden erstellt. Bei Inkubation mit Perchlorat waren initialer Schaden und klonogenes Überleben für 131I und 188Re vergleichbar. Ohne Perchlorat wurden zwischen 1,39% (131I) und 4,14% (188Re) der inkubierten Aktivität intrazellulär nachgewiesen, was die Radiotoxizität etwa verdoppelte. Trotz des geringeren Uptakes von 131I gegenüber 188Re konnte ein höheres OTM und eine geringere Überlebensfraktion nachgewiesen werden. Schlussfolgerungen: Der im Vergleich zu 188Re niederenergetischere Betastrahler 131I hat einen höheren LET und verursachte im Vergleich zu 188Re trotz geringerer intrazellulärer Konzentration höhere DNA-Schäden. Die höhere Radiotoxizität von 131I könnte mit einem höheren Dosiseintrag durch die Nachbarzellbestrahlung erklärt werden.