Strahleninduzierte DNA-Doppelstrangbrüche nach Angiografien verschiedener Körperregionen

Zusammenfassung

Ziel: Ziel dieser Studie war es, DNA-Doppelstrangbrüche (DSB) in Blutlymphozyten als Parameter für die biologische Strahlenwirkung bei Angiografiepatienten zu untersuchen. Material und Methode: Die Methode basiert auf dem Nachweis des phosphorylierten Histons H 2AX (γ-H2AX), das nach Induktion eines Doppelstrangbruchs gebildet wird. 31 Patienten, die sich Angiografien verschiedener Körperregionen unterzogen, wurde vor und bis 24 Stunden nach der Untersuchung Blut entnommen. Blutlymphozyten wurden isoliert, fixiert und mit einem spezifischen γ-H2AX-Antikörper gefärbt. Einzelne DSB wurden fluoreszenzmikroskopisch in Form von punktförmiger Fluoreszenzsignale (Foci) erfasst. Zusätzlich wurden zur Untersuchung des Reparaturverhaltens In-vitro-Versuche (10 – 100 mGy) durchgeführt. Ergebnisse: 15 Minuten nach dem Ende der Durchleuchtung wurden Werte zwischen 0,01 und 1,50 DSB/Zelle gemessen. Normalisiert auf das Dosisflächenprodukt lag der mittlere Schadenslevel bei 0,099 Excess Foci/Zelle/mGym² (Herzkatheter), 0,053 Excess Foci/Zelle/mGym² (Abdomen), 0,023 Excess Foci/Zelle/mGym² (Becken-Bein-Strombahn) und 0,004 Excess Foci/Zelle/mGym² (Zerebrum). Für die einzelnen Untersuchungsregionen ergab sich eine gute Korrelation zwischen den γ-H2AX-Foci und dem Dosisflächenprodukt (Abdomen: R ² = 0,96; Becken-Bein: R ² = 0,71). Über die Zeit zeigte sich eine Abnahme der Doppelstrangbrüche in zirkulierenden Lymphozyten um durchschnittlich 46 % innerhalb einer und um 70 % innerhalb von zweieinhalb Stunden. Schlussfolgerungen: Die γ-H2AX Immunfluoreszenzmikroskopie ist eine sensitive und zuverlässige Methode zur Bestimmung von DNA-DSB bei Angiografiepatienten. Der Schadenslevel ist abhängig von der deponierten Dosis, von der exponierten Körperregion und von der Länge/Fraktionierung der Strahlenexposition.

Abstract

Purpose: The aim of this study was to investigate DNA double-strand breaks (DSBs) in blood lymphocytes as markers of the biological radiation effects in angiography patients. Materials and Methods: The method is based on the phosphorylation of the histone variant H 2AX (γ-H2AX) after formation of DSBs. Blood samples were collected before and up to 24 hours after exposure of 31 patients undergoing angiographies of different body regions. Blood lymphocytes were isolated, fixed, and stained with a specific γ-H2AX antibody. Distinct foci representing DSBs were enumerated using fluorescence microscopy. Additional in-vitro experiments (10 – 100 mGy) were performed for evaluation of DBS repair. Results: 15 minutes after the end of fluoroscopy values between 0.01 and 1.50 DSBs per cell were obtained. The DNA damage level normalized to the dose area product was 0.099 (cardiac angiographies), 0.053 (abdominal angiographies), 0.023 (pelvic/leg angiographies) and 0.004 excess foci/cell/mGym² (cerebrovascular angiographies). A linear correlation was found between γ-H2AX foci levels and the dose area product (abdomen: R² = 0.96; pelvis/legs: R 2 = 0.71). In-vivo on average 46 % of DSBs disappeared within 1 hour and 70 % within 2.5 hours. Conclusion: γ-H2AX immunofluorescence microscopy is a sensitive and reliable method for the determination of X-ray-induced DSBs during angiography. The DNA damage level depends on the dose, the exposed anatomic region, and the duration/fractionation of the X-ray exposure.

Key words

angiography - biological effects - radiobiology - radiation effects - DNA double-strand breaks - γ-H2AX

Literatur

• 1 International Commission on Radiological Protection . Avoidance of radiation injuries from medical interventional procedures. ICRP Publication 85.  Ann ICRP. 2000;  30 21
• 2 Faulkner K, Vano E. Deterministic effects in interventional radiology.  Radiat Prot Dosimetry. 2001;  94 95-98
• 3 Miller D L, Balter S, Cole P E. et al . Radiation doses in interventional radiology procedures: the RAD-IR study: part I: overall measures of dose.  J Vasc Interv Radiol. 2003;  14 711-727
• 4 Tsalafoutas I A, Goni H, Maniatis P N. et al . Patient doses from noncardiac diagnostic and therapeutic interventional procedures.  J Vasc Interv Radiol. 2006;  17 1489-1498
• 5 Gosch D, Ratzmer A, Berauer P. et al . Influence of grid control and object detection on radiation exposure and image quality using mobile C-arms – first results.  Fortschr Röntgenstr. 2007;  179 896-900
• 6 Bozkurt A, Bor D. Simultaneous determination of equivalent dose to organs and tissues of the patient and of the physician in interventional radiology using the Monte Carlo method.  Phys Med Biol. 2007;  52 317-330
• 7 Toivonen M. Patient dosimetry protocols in digital and interventional radiology.  Radiat Prot Dosimetry. 2001;  94 105-108
• 8 Bauchinger M. Quantification of low-level radiation exposure by conventional chromosome aberration analysis.  Mutat Res. 1995;  339 177-189
• 9 Edwards A A, Lindholm C, Darroudi F. et al . Review of translocations detected by FISH for retrospective biological dosimetry applications.  Radiat Prot Dosimetry. 2005;  113 396-402
• 10 Lobrich M, Rief N, Kuhne M. et al . In vivo formation and repair of DNA double-strand breaks after computed tomography examinations.  Proc Natl Acad Sci U S A. 2005;  102 8984-8989
• 11 Rothkamm K, Balroop S, Shekhdar J. et al . Leukocyte DNA damage after multi-detector row CT: a quantitative biomarker of low-level radiation exposure.  Radiology. 2007;  242 244-251
• 12 Burma S, Chen D J. Role of DNA-PK in the cellular response to DNA double-strand breaks.  DNA Repair (Amst). 2004;  3 909-918
• 13 Dianov G L, O’Neill P, Goodhead D T. Securing genome stability by orchestrating DNA repair: removal of radiation-induced clustered lesions in DNA.  Bioessays. 2001;  23 745-749
• 14 Rogakou E P, Pilch D R, Orr A H. et al . DNA double-stranded breaks induce histone H 2AX phosphorylation on serine 139.  J Biol Chem. 1998;  273 5858-5868
• 15 Rothkamm K, Lobrich M. Evidence for a lack of DNA double-strand break repair in human cells exposed to very low x-ray doses.  Proc Natl Acad Sci USA. 2003;  100 5057-5062
• 16 Cochran S T, Khodadoust A, Norman A. Cytogenetic effects of contrast material in patients undergoing excretory urography.  Radiology. 1980;  136 43-46
• 17 Cochran S T, Norman A. Induction of micronuclei in lymphocytes of patients undergoing excretory urography with ioversol.  Invest Radiol. 1994;  29 210-212
• 18 Parvez Z, Kormano M, Satokari K. et al . Induction of mitotic micronuclei by X-ray contrast media in human peripheral lymphocytes.  Mutat Res. 1987;  188 233-239
• 19 Kuhne M, Riballo E, Rief N. et al . A double-strand break repair defect in ATM-deficient cells contributes to radiosensitivity.  Cancer Res. 2004;  64 500-508
• 20 Riballo E, Kuhne M, Rief N. et al . A pathway of double-strand break rejoining dependent upon ATM, Artemis, and proteins locating to gamma-H2AX foci.  Mol Cell. 2004;  16 715-724
• 21 Rothkamm K, Kruger I, Thompson L H. et al . Pathways of DNA double-strand break repair during the mammalian cell cycle.  Mol Cell Biol. 2003;  23 5706-5715
• 22 Boetticher von H, Lachmund J, Hoffmann W. Wie konservativ ist die Abschätzung der effektiven Dosis durch die amtliche Personendosimetrie für das Personal in der Radiologie?.  Fortschr Röntgenstr. 2007;  179 728-732
• 23 Boetticher von H, Lachmund J, Hoffmann W. Effective dose estimation in diagnostic radiology with two dosimeters: impact of the 2007 recommendations of the ICRP.  Health Phys. 2008;  95 337-340