Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-3882
Zerhusen, Sandra
Beitrag zum Verständnis der biologischen Wirksamkeit des Auger-Elektronen emitierenden Radionuklids 125l in menschlichen Zellen
119 S., 2001

Der Auger-Elektronen-Emitter ¹²⁵I wurde mit Hilfe von drei Trägermolekülen in unterschiedlichen Kompartimenten humaner Zellen positioniert (¹²⁵Iododesoxyuridin zur DNA-Inkorporation, ¹²⁵I-Antipyrin zur Verteilung in der gesamten Zelle und Na ¹²⁵I zur extrazellulären Positionierung) und die Effekte mit denen nach ¹³⁷Cs-[gamma]-Bestrahlung verglichen. Im Hinblick auf einen klinischen Einsatz in Form einer adjuvanten Strahlentherapie von Tumoren wurden alle Versuche unter physiologischen Bedingungen durchgeführt. Als biologische Endpunkte wurden vor allem das klonogene Überleben und die DNA-Schädigung betrachtet, die mit dem alkalischen Comet Assay gemessen wurde.

Im Vergleich der Trägermoleküle wirkte ¹²⁵IUdR am stärksten radiotoxisch, während ¹²⁵I- Antipyrin deutlich schwächere Effekte zeigte und Na ¹²⁵I nahezu keine biologische Wirkung hervorrief. Die abnehmende Radiotoxizität der ¹²⁵I-markierten Trägermoleküle wurde mit dem ansteigenden Abstand des ¹²⁵I-Zerfallsortes zur DNA begründet. Es wurde ein enger Zusammenhang zwischen ansteigender DNA-Schädigung und verminderter Koloniebildungsfähigkeit nachgewiesen.

Die biologischen Wirkungen des ¹²⁵I wurden mit der Referenzstrahlung ¹³⁷Cs-[gamma] verglichen, wobei nur für ¹²⁵I-Antipyrin, das seine Energie nahezu gleichmäßig über die Zelle verteilte, eine korrekte Dosisberechnung möglich war. Eine quantitative Beurteilung der biologischen Wirksamkeit des ¹²⁵IUdR erfolgte stattdessen erstmals über die Berechnung von Wirksamkeitsfaktoren bei definierten Endpunkten. Es ergaben sich bei ¹²⁵IUdR Wirksamkeitsfaktoren von 24 - 28, bezogen auf die 37%-Überlebensfraktionen und verglichen mit ¹³⁷Cs-[gamma]-Bestrahlung.

The Auger-electron-emitter ¹²⁵I was positioned in different compartments of human cells by the use of three carrier molecules (¹²⁵I-iododeoxyuridine for DNA-incorporation, ¹²⁵I- antipyrine for distribution throughout the whole cell, and Na ¹²⁵I for extracellular positioning) and the effects were compared with those of ¹³⁷Cs-[gamma]-radiation. With regard to a clinical application in the adjuvant radiotherapy of tumors, all experiments were carried out under physiological conditions. The two dominant biological endpoints were clonogenic survival and molecular DNA damage measured by the alkaline comet assay.

In a comparison of the carrier molecules ¹²⁵IUdR demonstrated the most radiotoxic effect whereas ¹²⁵I-antipyrine was obviously less effective. Na ¹²⁵I hardly produced any biological effect. The declining radiotoxicity of the ¹²⁵I-labeled carrier molecules was explained by the increasing distance of the ¹²⁵I-decay site from the DNA. A strong correlation was found between increasing DNA damage and reduced colony-forming ability.

The biological effects of ¹²⁵I were compared with those of the reference radiation ¹³⁷Cs-[gamma], but only for ¹²⁵I-antipyrine, which distributed its energy nearly homogeneously throughout the cell, was a dose calculation possible. A quantitative assessment of the biological efficacy for ¹²⁵IUdR was made for the first time by efficacy factors focusing on a definite endpoint. Efficacy factors of 24 - 28 were found for ¹²⁵IUdR relative to the 37%-surviving fraction and compared with ¹³⁷Cs-[gamma]-radiation.

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