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Chromosome aberrations in human lymphocytes irradiated with heavy ions

Lee, Ryonfa :
Chromosome aberrations in human lymphocytes irradiated with heavy ions.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2006)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Chromosome aberrations in human lymphocytes irradiated with heavy ions
Language: English

Because of the increasing use of heavy ions in cancer therapy and for the planning of manned space travels, a realistic estimate of the health risks associated with particle exposure is indispensable. The standard method to quantify the exposed dose and to assess the health risks of radiation is the analysis of chromosome aberrations in peripheral blood lymphocytes at the first post-irradiation mitosis at one fixed time, 48 h, after in vitro stimulation. Using this procedure very low RBE values for high LET particles are reported. However, evidence is accumulating that high LET induced cell cycle delays and apoptosis may influence the aberration yield observable in metaphase cells. To address these questions, lymphocytes obtained from a healthy donor were irradiated with X-rays, C-, Fe- and Fe-like particles with LETs ranging from 2-3160 keV/microm and chromosome aberrations were measured in first cycle metaphase cells at multiple 3 h collection intervals from 48 to 84 h post-irradiation. In parallel, aberrations were determined in G2-phase cells and cell cycle progression as well as radiation-induced apoptosis were examined. Analysis of the data sets shows that high LET-induced apoptosis does not affect the observable aberration yield. However, a relationship between high LET induced cell cycle delays and the number of aberrations carried by a cell was found: the delayed entry of heavily damaged cells into mitosis results from a prolonged arrest in G2 and the delay is dose- and LET-dependent. Detailed statistical analysis of the frequency distributions of aberrations among cells revealed a correlation between the selective delay of heavily damaged cells and the number of particle hits per cell nucleus. Altogether, the data demonstrate that the application of the standard metaphase assay 48 h post-irradiation results in an underestimation of the RBE of high LET particles. Application of alternative cytogenetic approaches (G2-PCC analysis, the integration analysis) confirmed this conclusion.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Im Hinblick auf den wachsenden Einsatz von Schwerionenstrahlen in der Tumortherapie und für die Planung bemannter Weltraumflüge ist eine realistische Abschätzung des Gesundheitsrisikos von Teilchenstrahlen unerlässlich. Die Standardmethode zur Quantifizierung einer Strahlendosis und zur Abschätzung des Gesundheitsrisikos von Strahlung ist die Analyse von Chromosomenschäden in peripheren Blutlymphozyten. Hierzu werden die Zellen zu einem festgelegten Untersuchungszeitpunkt, nämlich 48 Stunden nach der in vitro Stimulierung, in der ersten Mitose nach Bestrahlung untersucht. Die Anwendung dieser Methode resultiert für hoch-LET Strahlung in einer niedrigen RBW. Mittlerweile gibt es vermehrt Hinweise, dass die Anzahl der Aberrationen, die in Metaphasezellen sichtbar ist, durch hoch-LET induzierte Zellzyklusverzögerungen und Apoptose beeinflusst werden können. Um diese Fragen zu untersuchen, wurden Lymphozyten eines gesunden Spenders mit Röntgenstrahlen, C-, Fe- und Fe-ählichen Ionen mit LET Werten im Bereich von 2 bis 3160 keV/microm bestrahlt. Zur Untersuchung von Chromosomenschäden wurden Zellen in dreistündigen Intervallen zwischen 48 und 84 Stunden nach Bestrahlung gesammelt und Aberrationen in Metaphasen des ersten Zellzyklus untersucht. Parallel dazu wurden Aberrationen in G2-Phasezellen bestimmt und die Zellzyklusprogression sowie die strahleninduzierte Apoptose gemessen. Die Untersuchung ergab, dass die durch hoch-LET Strahlung induzierte Apoptose nicht die Anzahl der Aberrationen in Metaphasezellen beeinflusst. In Gegensatz dazu wurde ein Zusammenhang zwischen hoch-LET induzierten Zellzyklusverzögerungen und der Anzahl der Aberrationen der Zellen gefunden. Der verzögerte Eintritt von schwergeschädigten Zellen in die Mitose wird durch einen Arrest in der G2-Phase verursacht, und die Dauer der Verzögerung hängt von der Dosis und dem LET ab. Eine detaillierte statistische Analyse der Verteilung der Aberrationen in der Zellpopulation zeigte eine Korrelation zwischen der Zellzyklusverzögerung schwergeschädigter Zellen und der Anzahl der Teilchendurchgänge pro Zellkern. Zusammenfassend zeigen die Daten, dass der Standardtest, der auf der Untersuchung von Metaphasezellen 48 Stunden nach der Bestrahlung beruht, die RBW von hoch-LET Teilchen unterschätzt. Die Anwendung alternativer zytogenetischer Methoden (Analyse von Zellen in der G2-Phase, Integrationsanalyse) bestätigt diese Schlussfolgerung.German
Place of Publication: Darmstadt
Uncontrolled Keywords: Ionisierende Strahlung, Teilchentherapie, Chromosomenaberrationen, Lymphozyten, hoch LET, Schwerionen
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Ionisierende Strahlung, Teilchentherapie, Chromosomenaberrationen, Lymphozyten, hoch LET, SchwerionenGerman
ionizing radiation, particle therapy, chromosome aberrations, lymphocytes, high LET, heavy ionsEnglish
Divisions: 05 Department of Physics
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:52
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000710
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-7104
Referees: Kraft, Prof. Dr. Gerhard and Hoffmann, Prof. Dr. Dieter H. H.
Advisors: Kraft, Prof. Dr. Gerhard
Refereed: 7 June 2006
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/710
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