Einfluss naher Infrarotstrahlung auf die durch ionisierende Strahlung induzierten zellulären Veränderungen

Nahe Infrarotstrahlung (NIR) und Röntgenstrahlung sind beide Bestandteil des elektromagnetischen Spektrums, liegen jedoch auf Grund ihrer physikalischen Charakteristika auf verschiedenen Seiten des Spektrums. Trotz ihrer unterschiedlichen Eigenschaften beeinflussen beide eine Vielzahl von zellulären Prozessen wie den Metabolismus, die Genexpression, die Proliferation als auch das Zellüberleben und werden daher auch beide für therapeutische Zwecke eingesetzt. Die Auswirkungen auf den Patienten unterscheiden sind dabei stark. Während nahe Infrarotstrahlung vorrangig eine positiven Einfluss zeigt, sind die Auswirkungen der Röntgenstrahlung eher negativ. So resultiert eine Exposition mit Röntgen in der Induktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), verschiedensten DNA-Schäden, dem Zelltod durch Apoptose oder aber möglichweise auch in einer erhöhten genomischen Instabilität. Die Entstehung letzerer hängt unter anderem stark vom Status des mitochondrialen Metabolismus während der Röntgenbestrahlung ab. Gerade dieser kann durch nahe Infrarotstrahlung stark beeinflusst werden. Es sollte daher untersucht werden, ob eine Vorbehandlung von Zellen mit NIR einen Einfluss auf die zelluläre Strahlenantwort nach Röntgenbestrahlung hat. Dies wurde in Fibroblasten, Keratinozyten und retinalen Vorläuferzellen, alles samt Zellentypen welche natürlicherweise NIR exponiert sein können, untersucht. Es zeigte sich, dass die Vorbehandlung von Zellen mit natürlicherweise auftretenden NIR-Dosen tatsächlich einen deutlichen Einfluss auf die zelluläre Strahlenantwort nach Röntgen hat. Dies äußerte sich in einer Erhöhung der genomischen Instabilität in Form eines erhöhten Auftretens mitotischer Katastrophen, erhöhten ROS-Level, einem vermehrten Eintritt von bestrahlten Zellen in die S-Phase sowie einer gestörten DNA-Doppelstrangbruchreparatur.

Near infrared (NIR) and X-rays are radiations from different sides of the wavelength spectrum but both are used during medical treatments, since they have severe impacts on cellular processes, including metabolism, gene expression, proliferation and survival. However, both radiations differ strictly in their consequences for exposed patients: NIR effects are generally supposed to be positive, mostly ascribed to a stimulation of metabolism, whereas X-ray leads to genetic instability, an increase of reactive oxygen species (ROS) and DNA damages, and finally to cellular death by apoptosis. Since genomic stability after X-irradiation depends on the mitochondrial metabolism, which is well known to be regulated by NIR, the impact of NIR on cellular responses of fibroblasts, retinal progenitor cells and keratinocytes to X-radiation was analyzed. This data show that previous exposure to naturally occurring doses of non-thermal NIR combined with clinically relevant X-ray doses leads, besides others, to increased genomic instability, indicated by elevated ratios of mitotic catastrophes, increased ROS, higher amounts of X-irradiated cells entering S-phase and impaired DNA double-strand break repair.