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Reaktionen von Zellen des Immunsystems auf Bestrahlung mit Kohlenstoff‐Ionen und Röntgenstrahlung

Conrad, Sandro :
Reaktionen von Zellen des Immunsystems auf Bestrahlung mit Kohlenstoff‐Ionen und Röntgenstrahlung.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2008)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Reaktionen von Zellen des Immunsystems auf Bestrahlung mit Kohlenstoff‐Ionen und Röntgenstrahlung
Language: German
Abstract:

Ziel dieser Arbeit war es, im Rahmen der bei der GSI in Darmstadt durchgeführten Schwerionentherapie mit Kohlenstoffionen die allgemeine Strahlensensitivität humaner Immunzellen zu bestimmen. Untersucht wurden die Zellvitalität, Zytokinproduktion, Stickstoffmonoxid (NO)-Produktion und die phagozytische Aktivität humaner und muriner Makrophagen, sowie die chromosomale Aberrationsrate primärer, humaner B- und T-Lymphozyten. Die Untersuchungen zur Zellvitalität humaner und muriner Makrophagen nach Bestrahlung mit 250 kV Röntgenstrahlen und 9,8 MeV/u Kohlenstoffionen zeigten, dass Makrophagen eine relativ strahlenresistente Zellart sind, verglichen mit Lymphozyten und Fibroblasten. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass weder humane noch murine Makrophagen durch Bestrahlung alleine aktiviert werden und somit keine inflammatorischen Zytokine produzieren. Die Synthese von TNF-α in LPS-aktivierten Makrophagen wurde durch die Bestrahlung nur geringfügig negativ beeinträchtigt. Die IL-1β Produktion in LPS-aktivierten murinen Zellen wurde durch Röntgenbestrahlung dosisabhängig verstärkt, nach Kohlenstoffionenbestrahlung hingegen dosisabhängig erniedrigt. Gleichzeitig stieg in LPS-aktivierten, mit Kohlenstoffionen bestrahlten murinen Zellen die NO-Produktion dosisabhängig an. Humane Makrophagen produzierten in vitro keine messbaren Mengen an NO und ihre LPS-induzierte IL-1β Produktion stieg nach Bestrahlung leicht an. Weiterhin stieg die phagozytische Aktivität, sowohl in humanen als auch murinen Makrophagen nach Bestrahlung an. 9,8 MeV/u Kohlenstoffionen waren hierbei effektiver als 250 kV Röntgenstrahlen. Die Bestimmung der chromosomalen Aberrationsrate erfolgte mit peripheren Blutlymphozyten, die nach Bestrahlung mit Pokeweed-Mitogen (PWA) stimuliert wurden. Durch diese Stimulierung treten sowohl B- als auch T-Lymphozyten in die Mitose ein und können somit auf ihre strahleninduzierten Chromosomenschäden hin untersucht werden. Da B-Zellen ohne Hilfe der T-Zellen nach Stimulierung mit PWA in vitro nicht proliferieren, erfolgte die Trennung von B- und T-Zellen erst nach Bestrahlung mit 100 MeV/u Kohlenstoffionen bzw. 250 kV Röntgenstrahlen und anschließender Stimulierung. Die Trennung der B-Zellen von den T-Zellen wurde mit Hilfe von Schafserythrozyten durchgeführt. Humane T-Zellen binden selektiv an die Schafserythrozyten und können durch eine Dichtegradientenzentrifugation von den B-Zellen getrennt werden. Die Untersuchung ergab, dass Kohlenstoffionen bei gleicher Dosis mehr Schäden induzieren als Röntgenstrahlen. Die ermittelte relative biologische Wirkung (RBW)100 lag bei 2,5. Weiterhin zeigte sich, dass die chromosomale Aberrationsrate von B-Lymphozyten und T-Lymphozyten gleich ist, sowohl nach Bestrahlung mit Röntgenstrahlen als auch mit Kohlenstoffionen. Es wurden jedoch Unterschiede in der Apoptoserate der beiden Lymphozyten-Subpopulationen gefunden. B-Zellen wiesen eine höhere Apoptoserate auf als T-Zellen. Die Ergebnisse zeigen, dass B-Lymphozyten die gleiche Aberrationsrate aufweisen wie T-Lymphozyten. Somit müssen bereits bestehende Ergebnisse zytogenetischer Messungen, die mit peripheren Blutlymphozyten gewonnen werden und dadurch nicht nur T- sondern auch B-Zellen enthalten, nicht neu bewertet werden müssen. Ferner unterstreichen die Ergebnisse das größere Potential der Kohlenstoffionen in Bezug auf ihre relative biologische Wirkung

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The aim of this work was to determine the general sensitivity of cells of the immune system to irradiation with carbon ions, which was carried out within the framework of radiation therapy at the GSI in Darmstadt. For these studies the effects of irradiation on cell vitality, proinflammatory cytokine production, nitric oxide (NO) production and phagocytic activity of murine and human macrophages were examined. In addition, induction of chromosomal aberrations in primary human B and T lymphocytes after irradiation was investigated. Cell vitality studies showed that human and murine macrophages are relatively resistant, compared with lymphocytes and fibroblasts, to irradiation with 250 kV X-rays and 9.8 MeV/u carbon ions. It was also determined that neither X-ray nor carbon ion irradiation could induce macrophages to produce either proinflammatory cytokines or NO. The synthesis of tumor necrosis factor (TNF)-α, which was induced by lipopolysaccharide (LPS), was only slightly impaired by irradiation. LPS-induced IL-1β production in murine macrophages was enhanced in a dosage dependent manner by X-rays, but decreased in a dosage dependent manner after carbon ion irradiation. At the same time, LPS-induced nitric oxide production in these cells was greatly enhanced by carbon ion irradiation. Human macrophages activated by LPS produced no detectable amounts of NO, and IL-1β production in these cells increased slightly after irradiation. A dosage dependent increase in phagocytic activity occurred in human as well as murine macrophages after irradiation. In this regard, carbon ions were more effective than X-rays. Determination of chromosomal aberrations was carried out on peripheral blood lymphocytes that were stimulated with pokeweed mitogen (PWA) after irradiation with 250 kV X-rays or100 MeV/u carbon ions. Stimulation with the mitogen was necessary in order to drive these cells into the mitosis phase so that radiation-induced chromosomal aberrations could be investigated. Since B lymphocytes require the help of T lymphocytes to proliferate after PWA stimulation in vitro, the separation of B cells and T cells was carried out after irradiation of peripheral blood lymphocytes and subsequent stimulation with PWA. Separation of the cells was accomplished with the help of sheep red blood cells (SRBC). Human T cells bind selectively to SRBC and can be removed from the B cell population through differential centrifugation. Results of the investigation showed that carbon ion irradiation induced greater damage than X-rays at the same dosage. The relative biological effectiveness (RBE) of carbon ion irradiation in comparison to X-rays for 100 cells in mitosis was 2.5. Furthermore, the number of aberrations detected in B lymphocytes and T lymphocytes was the same after irradiation. However, B cells showed a higher rate of apoptosis than T cells. Since B and T lymphocytes contained the same number of chromosomal aberrations after irradiation, the results of earlier cytogenetic investigations on peripheral blood lymphocytes, which contained not only T cells but also B cells, do not have to be re-assessed. Furthermore, the results of the present investigation underscore the greater potential of carbon ion irradiation compared to X-rays with respect to relative biological effectiveness in radiation therapy.English
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: Biology
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:23
Last Modified: 07 Dec 2012 11:54
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-10123
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Nixdorff, Prof. Dr. Kathryn and Kraft, Prof. Dr. Gerhard
Refereed: 9 January 2008
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/1012
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