Induktion und Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen nach niedrigen Strahlendosen Markus Löbrich Fachrichtung Biophysik Medizinische Fakultät Universität des Saarlandes

10 µGy 100 µGy 1 mGy 10 mGy 100 mGy 1 Gy 10 Gy 100 Gy

DSB Freie Radikale Replikationsvorgänge Ionisierende Strahlung Chemotherapeutika Chemikalien Antikörperbildung Meiose DSB Sensoren Effektoren Zelltod DSB-Reparatur Zellzyklusarrest

Pulsfeld-Gelelektrophorese (PFGE) DNA-Fragmente Strahlendosis Reparaturzeit Fragmentgröße Strahlenschaden

g-H2AX Immun-Fluoreszenz-Mikroskopie (IFM) Fluorochrom P P Sekundärer Antikörper Primärer Antikörper P Phosphatgruppe am Histon Reparaturzeit Kontrolle

DSB-Reparatur in menschlichen Zellen 2 Gy 80 Gy Foci pro Zelle Verbleibende DSBs [%] Reparaturzeit [h] Reparaturzeit [h] g-H2AX Foci repräsentieren DSBs

Initiale -H2AX Foci und DSBs DSBs pro Zelle Control (unirrad.)  1 focus / 20 cells 1.2 mGy X-rays  1 e- track / cell  1 focus / 20 cells Dosis [Gy] g-H2AX IFM weist DSBs im mGy-Bereich nach

primäre humane Hautfibroblasten Kontrolle 1 mGy Probe

DSB-Reparatur nach niedrigen Dosen 20 mGy 5 mGy 1,2 mGy Foci pro Zelle Reparaturzeit [h] Im mGy-Bereich ist die DSB-Reparatur stark beeinträchtigt

Unreparierte DSBs nach niedrigen Dosen Foci pro Zelle Experiment Ein DSB in 10 Zellen bleibt unrepariert

Unreparierte DSBs nach täglicher Bestrahlung ohne Reparatur Foci pro Zelle 24 h Reparatur nach jeder Fraktion Dosis [mGy] Ein DSB in 10 Zellen bleibt unrepariert

Bedeutung für die Risikoabschätzung Ein lineares Modell (LNT) unterschätzt das Risiko niedriger Strahlendosen Risiko Ein lineares Modell (LNT) überschätzt das Risiko niedriger Strahlendosen Dosis

Unreparierte DSBs nach langen Zeiten ruhende Zellen 1,2 mGy wachsende Zellen 1,2 mGy Foci pro Zelle 1 4 7 14 1 7 14 Reparaturzeit [Tage] DSBs verschwinden in wachsenden Zellen

Auswirkungen unreparierter DSBs Apoptose [%] ruhende Zellen wachsende ? Zellen sterben nach niedrigen Dosen

Auswirkungen unreparierter DSBs Mikrokern-Bildung [%] ruhende Zellen wachsende Zellen ? Mikrokern-Bildung nach niedrigen Dosen

Situation nach hohen Strahlendosen Reparatur Chromosomenaberrationen Krebsentstehung

Situation nach niedrigen Strahlendosen geschädigte Zellen sterben ungeschädigte Zellen teilen sich Ein neues Konzept zur Beseitigung von DNA-Schäden

Anwendungen während der Zellteilung eine bestrahlte Zelle teilt sich mit unreparierten Brüchen in zwei Tochterzellen und verliert Teile ihrer Chromosomen

Anwendungen für Teilchenstrahlen Spuren von a-Teilchen in der Nebelkammer in einer Zelle direkt nach Bestrahlung einen Tag später

KM früh vor KM KM spät Anwendungen in der diagnostischen Radiologie 589 mGy*cm (120KV, 200mAs/Sl.) KM früh 292 mGy*cm (120KV, 200mAs/Sl.) vor KM KM spät 623 mGy*cm (120KV, 187mAs/Sl.)

DSBs nach einer CT-Untersuchung (Thorax) Blutentnahme vor CT ex vivo-Bestrahlung Blutentnahme nach CT in vivo-Bestrahlung Foci pro Zelle 21 mGy Dosis [mGy] Biologische Dosimetrie für Röntgenuntersuchungen

DSBs nach einer CT (Thorax + Abdomen) Blutentnahme vor CT ex vivo-Bestrahlung Blutentnahme nach CT in vivo-Bestrahlung Foci pro Zelle 49 mGy Dosis [mGy] Biologische Dosimetrie für Röntgenuntersuchungen

Reparatur von DSBs nach CT-Untersuchungen Blutentnahme nach verschiedenen Zeiten CT Foci pro Zelle Kontrolle Reparaturprozesse im Menschen können verfolgt werden

DSB-Reparatur im Menschen individuelle CTs für 6 Patienten: CT Foci pro Zelle

DSB-Reparatur im Menschen individuelle CTs für 6 Patienten: normiert auf gleiche Dosen CT Foci pro Zelle Strahlenempfindliche Personen weisen mehr DSBs auf

Beteiligte Wissenschaftler Medizinische Fakultät, Universität des Saarlandes Fachrichtung Biophysik Dr. Kai Rothkamm Dr. Nicole Rief Dr. Martin Kühne Abteilung für Radiodiagnostic Prof. Dr. Michael Uder Abteilung für Strahlentherapie Prof. Dr. Christian Rübe Finanzielle Unterstützung Bundesministerium für Bildung und Forschung