Nuklearmedizin 2009; 48(06): 221-226
DOI: 10.3413/nukmed-0262
Original article
Schattauer GmbH

DNA damage in lymphocytes after irradiation with 211At and 188Re

Quantification by alkaline and neutral comet assayDNA-Schäden von Lymphozyten nach Bestrahlung mit 211At und 188ReQuantifizierung mit dem alkalischen und neutralen Komet-Assay
R. Runge
1   Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Technische Universität Dresden
,
M. Wendisch
1   Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Technische Universität Dresden
,
G. Wunderlich
1   Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Technische Universität Dresden
,
R. Freudenberg
1   Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Technische Universität Dresden
,
J. Kotzerke
1   Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Technische Universität Dresden
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Publication History

received: 14 July 2009

accepted in revised form: 07 October 2009

Publication Date:
24 January 2018 (online)

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Summary

Aim: Ionising radiation produces many types of DNA lesions of different complexity. High linear energy transfer (LET) types of radiation are biological more effective than low LET radiation. In the present work we applied the single cell gel electrophoreses (comet assay) to study the induction of initial DNA damage, efficiency of repair and residual DNA damage in lymphocytes after treatment with 211At and 188Re. Methods: Peripheral blood mononuclear cells (PBMC) were isolated from heparinized blood of healthy donors and irradiated with 211At and 188Re at different doses. The comet assay was performed under alkaline and neutral conditions in order to detect the initial DNA damage and its repair. The measure of damage was % tail DNA (percentage of DNA in the tail). Results: After treatment of cells with 188Re the initial DNA damage (% tail DNA) detected with the alkaline comet assay was higher than the damage measured for 211At. The neutral comet assay estimated higher tail intensities for 211At in contrast to 188Re. Compared with the complete repair (10%) after irradiation with 188Re, the radiotoxicity of alpha particles indicated reduced rejoining of DNA strand breaks (60–80% residual damage). Rejoining of DNA damage measured by the neutral comet method detected about 70% unrepaired strand breaks for 211At and 188Re. Conclusions: There are major differences between the repair of strand breaks caused by 188Re and 211At detected by the alkaline comet assay. The DNA-damage induced by the high LET Emitter 211At remains nearly unrepaired detected by both alkaline and neutral comet assay. Represented data following irradiation of lymphocytes with alpha and beta particles demonstrated higher biological effectiveness of 211At by factors of 2.0–2.5.

Zusammenfassung

Energiereiche Strahlung verursacht in Abhängigkeit von den strahlenphysikalischen Eigenschaften (linearer Energietransfer, LET) der Radionuklide Zellschäden unterschiedlicher Komplexität. DNA-Strangbrüche können mit dem Komet-Assay nachgewiesen werden. Ziel ist die Untersuchung von DNA-Schäden und deren Reparatur nach Bestrahlung mit 211At und 188Re. Methoden: Periphere mononukleäre Blutzellen wurden mit 211At oder 188Re bestrahlt. Die DNA-Schäden wurden mit dem alkalischen und neutralen Komet-Assay quantifiziert. Neben der Bestimmung von Initialschäden erfolgte die Ermittlung der residualen DNA-Strangbrüche. Ergebnisse: Im alkalischen Komet-Assay wurden nach Exposition mit 188Re höhere DNA-Schäden als nach 211At detektiert. Die Messung der initialen DNASchäden mit dem neutralen Assay ergab für 211At eine höhere Radiotoxizität als für 188Re. Das Verhältnis ESB zu DSB ist beim Beta-Emitter 188Re zur Seite der ESB verschoben. Der Vergleich der Reparaturkapazitäten im alkalischen Komet-Assay zeigte nach Bestrahlung mit 188Re eine Reparatur auf 10% der Initialschäden, während nach Exposition mit 211At 60 % – 80 % der DNA-Schäden unrepariert blieben. Die im neutralen Komet-Assay analysierte DNA-Reparatur ermittelte für 211At sowie für 188Re Residualschäden in Höhe von 70 % – 80 %. Schlussfolgerung: Mit dem neutralen Komet-Assay konnte anhand der Detektion der Initialschäden sowie der DSB-Reparatur eine höhere biologische Wirkung von 211At im Vergleich zu 188Re bestimmt werden. Die höheren Residualschäden nach DNA-Reparatur weisen auf die Existenz komplexerer Schäden nach Exposition mit 211At im Vergleich zu 188Re hin. Unter Berücksichtigung der Spezifität der Komet-Assay-Versionen ermöglicht die Kombination der Teste eine partielle Aussage zur Qualität der DNA-Schäden.