Nuklearmedizin 2019; 58(04): 319-327
DOI: 10.1055/a-0953-1157
Originalarbeit
© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Radio- und Photosensitivierung von Plasmid-DNA durch den DNA-bindenden Liganden Propidiumiodid: Untersuchungen zur Auger-Elektronen-Induktion und zum Nachweis von Cherenkov-Strahlung

Radio- and photosensitization of plasmid DNA by DNA binding ligand propidium iodide: Investigation of Auger electron induction and detection of Cherenkov-emission
Jörg Kotzerke
1  Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Dresden
,
Roswitha Runge
1  Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Dresden
,
Pauline Götze
1  Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Dresden
,
Gerd Wunderlich
1  Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Dresden
,
Wolfgang Enghardt
2  OncoRay – Nationales Zentrum für Strahlenforschung in der Onkologie, Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Technische Universität Dresden, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
,
Robert Freudenberg
1  Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Dresden
› Author Affiliations
Further Information

Publication History

24 April 2019

05 June 2019

Publication Date:
27 June 2019 (eFirst)

Zusammenfassung

Ziel Untersucht wurde, ob Propidiumiodid (PI) die DNA-schädigende Wirkung von ionisierender und nicht ionisierender Strahlung (Röntgenstrahlung, Alpha-, Beta-, Auger-Elektronen-Strahlung bzw. Licht diverser Wellenlängen) verstärken kann. Diese biophysikalische Versuchsanordnung ermöglicht es zu überprüfen, ob Cherenkov-Strahlung in relevantem Umfang via photodynamischer Effekte und erhöhter DNA-Schädigung nachweisbar ist.

Material und Methoden Konformationsänderungen der Plasmid-DNA durch DNA-Schäden wurden mittels Gelelektrophorese und Fluoreszenzfärbung detektiert und quantifiziert. Wasserstoffperoxid, Zinndichlorid und Dimethylsulfoxid wurden als chemische Modulatoren, Tc-99m, Re-188, Ra-223 und Röntgenstrahlung (32 kV und 200 kV) zur Bestimmung der Radiotoxizität und Licht (λ = 254 nm, 366 nm und 530–575 nm) zur Bestimmung der Phototoxizität eingesetzt.

Ergebnisse Die Radiotracer und die Röntgenstrahlung verursachten dosisabhängige DNA-Schäden. PI fungierte nicht als Radio-Sensitizer bei den Radionukliden und nur in geringem Maß bei Röntgenstrahlung. Die Phototoxizität war abhängig von der Wellenlänge. Licht im Wellenlängenbereich von 530–575 nm (VIS) resultierte in Kombination mit PI in direkten DNA-Schäden. Die Ausbeuten der Cherenkov-Strahlung lagen weit unter der Photonen-Emission der Lichtbestrahlung und konnten daher von der Radiotoxizität nicht unterschieden werden.

Schlussfolgerung PI bindet an Plasmid-DNA, ist nicht chemotoxisch und steigert kaum die Radiotoxizität. Die Phototoxizität und die Wirkung von PI sind abhängig von der Wellenlänge. Keine Art der Energiezufuhr konnte via PI eine Auger-Elektronen-Kaskade induzieren. Auch eine erhöhte DNA-Schädigung durch photodynamische Effekte via Cherenkov-Strahlung war nicht nachweisbar.

Abstract

Purpose We investigated whether propidium iodide (PI) enhances DNA damaging effects of ionizing and non-ionizing radiation species (X-rays, alpha-, beta-, auger electron emission and light of various wavelengths, respectively). This biophysical experimental setting allowed us, furthermore, to investigate whether Cherenkov emission can be detected by photodynamic effects and increased DNA damage.

Material and methods Conformation changes of plasmid DNA were detected and quantified by gelelectrophoresis and fluorescence imaging. Hydrogen peroxide, stannous dichloride, and dimethylsulfoxide were used as chemical modulators, Tc-99m, Re-188, Ra-223, and x-ray (32 kV and 200 kV) reflected radiotoxicity and light (λ = 254 nm, 366 nm and 530–575 nm) induced phototoxicity.

Results Radiotracers and x-rays induced dose dependent DNA damage. PI did not serve as radiosensitizer in radioisotopes, while a low effect was detected in X-rays. The phototoxicity was dependent on the wavelengths of light. Light with a wavelength range of 530–575 nm in combination with PI resulted in direct DNA damage. The yield of Cherenkov emission was far below the photon emission of light irradiation and not distinguishable from general radiotoxicity.

Conclusions PI binds to plasmid DNA, is not chemotoxic, and increases radiotoxicity only to minor extent. Phototoxicity and its stimulation by PI is dependent on the wavelength of the light. No kind of energy deposition was capable of inducing an Auger electron cascade. Furthermore, no increase in DNA damage induced by photodynamic effects from Cherenkov emission was detectable.