Wie kann die biologische Dosimetrie in Fällen unklarer Strahlenbelastung helfen?

Zusammenfassung

Bei einer unklaren, übermäßigen Exposition durch ionisierende Strahlung am Menschen bietet die biologische Dosimetrie die Möglichkeit, diese retrospektiv nachzuweisen und gegebenenfalls zu quantifizieren. Besonders hilfreich ist dies in Fällen, in denen keine physikalische Dosisrekonstruktion möglich ist oder widersprüchliche Ergebnisse vorliegen.

Grundlage für die biologische Dosimetrie sind zelluläre Reaktionen, DNA-Schäden und Fehlreparaturen nach einer Exposition gegenüber ionisierender Strahlung. Die in der biologischen Dosimetrie eingesetzten Methoden weisen diese Veränderungen nach und setzen sie anhand von Dosis-Effekt-Kurven ins Verhältnis zur Expositionsdosis. Die Analyse von dizentrischen Chromosomen hat sich als zuverlässigste und empfindlichste Methode für den Nachweis einer Exposition mit ionisierender Strahlung erwiesen, weil sie eine niedrige spontane Häufigkeit aufweist und für ionisierende Strahlung charakteristisch ist. Die Nachweisgrenze für eine homogene Ganzkörperbestrahlung liegt bei 0,1 Gy bei der Auswertung von 500–1000 Zellen für locker ionisierende γ-Strahlung. Die Analyse erfolgt im Speziallabor nach international standardisierten Verfahren.

Die biologische Dosimetrie kommt als unabhängige Methode oder zur Ergänzung der physikalischen Dosimetrie zum Einsatz. Da bei der biologischen Dosimetrie die Wirkung der Dosis im Blut erfasst wird, können wertvolle Erkenntnisse zur Strahlenexposition geliefert werden und die medizinische Versorgung von Betroffenen unterstützt werden.

Abstract

In case of unclear, excessive exposure from ionising radiation in humans, biological dosimetry offers the possibility of detecting this retrospectively and quantifying it if necessary. This is particularly helpful in cases where no physical dose reconstruction is possible or contradictory results are available.

The principles of biological dosimetry are cellular responses, DNA damage and misrepair following exposure to ionising radiation. The methods used in biological dosimetry detect these changes and relate them to the exposure dose using dose-effect curves. Analysis of dicentric chromosomes has proven to be the most reliable and sensitive method for detecting exposure to ionising radiation due to its low spontaneous frequency and its characteristic of ionising radiation. The detection limit for homogeneous whole-body irradiation is 0.1 Gy when evaluating 500–1000 cells for sparsely ionising γ-radiation. The analysis is carried out in a specialised laboratory according to internationally standardised procedures.

Biological dosimetry can be used as an independent method or to complement physical dosimetry. Since biological dosimetry records the effect of the dose in the blood, it can provide valuable information about radiation exposure and support the medical care of affected individuals.

Schlüsselwörter

biologische Dosimetrie - Strahlenunfall - erhöhte Exposition - dizentrische Chromosomen - Strahlenschutz - ionisierende Strahlung

Keywords

biological dosimetry - radiation accident - overexposure - dicentric chromosome - radiation protection - ionising radiation

Publication History

Article published online:
21 March 2023

• Referenzen

• 1 Turesson I, Carlsson J, Brahme A. et al. Biological response to radiation therapy. Acta Oncol 2003; 42: 92-106
• 2 Khanna KK, Jackson SP. DNA double-strand breaks: signaling, repair and the cancer connection. Nat Genet 2001; 27: 247-254
• 3 IAEA. Cytogenetic Dosimetry: Applications in Preparedness for and Response to Radiation Emergencies. In. Vienna: INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY. 2011
• 4 Balajee AS, Sanders JT, Golloshi R. et al. Investigation of Spatial Organization of Chromosome Territories in Chromosome Exchange Aberrations After Ionizing Radiation Exposure. Health Phys 2018; 115: 77-89
• 5 ICRU . Biodosimetry. Journal of the ICRU 2019; 19: 26-45
• 6 Bender MA, Gooch PC. Types and rates of x-ray-induced chromosome aberrations in human blood irradiated in vitro. Proc Natl Acad Sci U S A 1962; 48: 522-532
• 7 Ainsbury EA, Bakhanova E, Barquinero JF. et al. Review of retrospective dosimetry techniques for external ionising radiation exposures. Radiation protection dosimetry 2011; 147: 573-592
• 8 Blakely WF, Carr Z, Chu MC-M. et al. WHO 1st Consultation on the Development of a Global Biodosimetry Laboratories Network for Radiation Emergencies (BioDoseNet). Radiat Res 2009; 171: 127-139
• 9 Pernot E, Hall J, Baatout S. et al. Ionizing radiation biomarkers for potential use in epidemiological studies. Mutat Res 2012; 751: 258-286
• 10 Romm H, Oestreicher U, Kulka U. Cytogenetic damage analysed by the dicentric assay. Ann Ist Super Sanita 2009; 45: 251-259
• 11 Lucas JN, Awa A, Straume T. et al. Rapid translocation frequency analysis in humans decades after exposure to ionizing radiation. Int J Radiat Biol 1992; 62: 53-63
• 12 Sigurdson AJ, Ha M, Hauptmann M. et al. International study of factors affecting human chromosome translocations. Mutat Res 2008; 652: 112-121
• 13 Pressl S, Edwards A, Stephan G. The influence of age, sex and smoking habits on the background level of fish-detected translocations. Mutat Res 1999; 442: 89-95
• 14 Fenech M, Morley AA. The effect of donor age on spontaneous and induced micronuclei. Mutat Res 1985; 148: 99-105
• 15 Willems P, August L, Slabbert J. et al. Automated micronucleus (MN) scoring for population triage in case of large scale radiation events. Int J Radiat Biol 2010; 86: 2-11
• 16 Fenech M, Holland N, Chang WP. et al. The HUman MicroNucleus Project--An international collaborative study on the use of the micronucleus technique for measuring DNA damage in humans. Mutat Res 1999; 428: 271-283
• 17 Pantelias GE, Maillie HD. The use of peripheral blood mononuclear cell prematurely condensed chromosomes for biological dosimetry. Radiat Res 1984; 99: 140-150
• 18 Hayata I, Kanda R, Minamihisamatsu M. et al. Cytogenetical dose estimation for 3 severely exposed patients in the JCO criticality accident in Tokai-mura. J Radiat Res 2001; 42: S149-155
• 19 Terzoudi GI, Pantelias G, Darroudi F. et al. Dose assessment intercomparisons within the RENEB network using G(0)-lymphocyte prematurely condensed chromosomes (PCC assay). Int J Radiat Biol 2017; 93: 48-57
• 20 Rogakou EP, Pilch DR, Orr AH. et al. DNA double-stranded breaks induce histone H2AX phosphorylation on serine 139. J Biol Chem 1998; 273: 5858-5868
• 21 Sánchez-Flores M, Pásaro E, Bonassi S. et al. γH2AX assay as DNA damage biomarker for human population studies: defining experimental conditions. Toxicol Sci 2015; 144: 406-413
• 22 Rothkamm K, Horn S. gamma-H2AX as protein biomarker for radiation exposure. Ann Ist Super Sanita 2009; 45: 265-271
• 23 Roch-Lefèvre S, Mandina T, Voisin P. et al. Quantification of gamma-H2AX foci in human lymphocytes: a method for biological dosimetry after ionizing radiation exposure. Radiat Res 2010; 174: 185-194
• 24 Sharma PM, Ponnaiya B, Taveras M. et al. High throughput measurement of γH2AX DSB repair kinetics in a healthy human population. PLoS One 2015; 10: e0121083-e0121083
• 25 Hladik D, Bucher M, Endesfelder D. et al. The Potential of Omics in Biological Dosimetry. Radiation 2022; 2: 78-90
• 26 Schmid E, Regulla D, Guldbakke S. et al. Relative Biological Effectiveness of 144 keV Neutrons in Producing Dicentric Chromosomes in Human Lymphocytes Compared with ⁶⁰Co Gamma Rays under Head-to-Head Conditions. Radiat Res 2002; 157: 453-460
• 27 Schmid E, Regulla D, Kramer HM. et al. The effect of 29 kV X rays on the dose response of chromosome aberrations in human lymphocytes. Radiat Res 2002; 158: 771-777
• 28 Giussani A, Lopez MA, Testa A. THE EURADOS WORK TOWARDS A REVIEW ON RETROSPECTIVE DOSIMETRY AFTER INCORPORATION OF RADIONUCLIDES. Radiation protection dosimetry 2019; 186: 12-14
• 29 Strahlenschutzkommission SSK. Der Strahlenunfall: ein Leitfaden für Erstmaßnahmen. 2. überarbeitete und aktualisierte Auflage. Veröffentlichungen der Strahlenschutzkommission: Band 32, Kapitel 8. Berlin: H. HOFFMANN GmbH – FACHVERLAG; 2007