, Volume 174, Issue 2, pp 75-81

Assessment of the micronucleus assay as a biological dosimeter using cytokinesis-blocked lymphocytes from cancer patients receiving fractionated partial body-radiotherapy

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Abstract

Purpose

To assess the suitability of the cytokinesis block micronucleus assay as a biological dosimeter following in-vivo radiation using cancer patients undergoing radiotherapy.

Methods

Blood from 4 healthy donors was irradiated in vitro with γ-rays and the dose response of induced micronuclei in binucleate lymphocytes following cytokinesis block was determined. Micronucleus frequency was ascertained before and at intervals during radiotherapy treatment in 6 patients with various tumors in the pelvic region. Equivalent whole body doses (physical doses) at these times were calculated from radiation treatment plans and cumulative dose volume histograms.

Results

Linear dose response relationships were found for induced micronucleus frequency in lymphocytes resulting from both in-vitro and in-vivo irradiation. Doses resulting from in-vivo irradiation (biological doses) were estimated by substitution of micronucleus frequency observed in radiotherapy patients into the dose response curve from in-vitro irradiation of blood. The relationship between the biologically estimated dose (BD) and the calculated equivalent whole body dose (PD) was BD=0.868(±0.043)PD+0.117(±0.075).

Conclusion

The micronucleus assay appears to offer a reliable and consistent method for equivalent whole body radiation dose estimation, although our findings should be confirmed using lymphocytes from radiotherapy patients with tumors at anatomical sites other than the pelvis. Except at doses lower than about 0.4 Gy, the method yields dose estimates acceptably close to “true” physically determined doses. The assay can be performed relatively rapidly and can be used as a “first line” biological dosimeter in situations where accidental exposure to relatively high radiation doses has occurred.

Zusammenfassung

Ziel

Beurteilung des zytokinesegeblockten Mikronukleustests als biologischer Dosimeter bei radiotherapeutisch behandelten Krebspatienten.

Material und Methoden

Blut von vier gesunden Spendern wurde in vitro mit Gammastrahlen bestrahlt und die Dosis-Wirkungs-Beziehung dadurch induzierter Mikronuklei in binukleierten Lymphozyten nach Zytokineseblock bestimmt. Die Häufigkeit von Mikronuklei vor und nach gewissen Zeitintervallen während der Radiotherapie von sechs Patienten mit verschiedenartigen Tumoren im Bereich des Beckens wurde ermittelt. Die entsprechenden Ganzkörperdosen (physikalische Dosen) zu diesen Zeitpunkten wurden auf Grundlage von Bestrahlungsplänen und kumulativen Dosisvolumenhistogrammen berechnet.

Ergebnisse

Sowohl nach In-vitro-als auch nach In-vivo-Bestrahlung konnte eine lineare Dosis-Wirkungs-Beziehung für die Häufigkeit induzierter Mikronuklei in Lymphozyten gefunden werden. Die Dosen, die aus der In-vivo-Bestrahlung (biologische Dosen) resultierten, wurden abgeschätzt durch Einsatz der Häufigkeit der Mikronuklei bei radiotherapierten Patienten in die Dosis-Wirkungs-Kurve von in vitro bestrahltem Blut. Das Verhältnis zwischen biologisch abgeschätzter Dosis (BD) und berechneter Ganzkörperäquivalenzdosis (GD) war BD=0,8 und GD + 0.117.

Schlußfolgerung

Der Mikronukleustest scheint eine verläßliche und konsistente Methode zur Abschätzung der Ganzkörperäquivalenzdosis darzustellen. Unsere Beobachtungen müssen allerdings unter Verwendung von Lymphozyten bestätigt werden, die von Radiotherapiepatienten mit Tumoren außerhalb des Beckens stammen. Abgesehen von Dosen niedriger als 0,4 Gy, ermöglicht die Methode eine Dosisabschätzung, die akzeptabel nahe an der „wirklichen” physikalisch ermittelten Dosis liegt. Der Test kann relativ schnell durchgeführt werden und eignet sich in der First-line-Dosimetrie bei akzidentieller Exposition gegenüber verhältnismäßig hohen Bestrahlungsdosen.