Построение калибровочных кривых для биологической цитогенетической дозиметрии и опыт применения при медицинском облучении

Актуальность. Учитывая активное внедрение ионизирующих излучений в различные сферы деятельности человека и возрастающую вероятность аварийных ситуаций с участием лучевого фактора, становится очевидной необходимость расширения технических возможностей биодозиметрических лабораторий по определению доз облучения при различных сценариях радиационных поражений. Важным аспектом готовности лаборатории к проведению исследований является разработка калибровочных кривых, необходимых для определения дозы облучения с помощью различных методов биологической дозиметрии, и внедрение этих разработок в практическую деятельность лаборатории.

Цель – разработка калибровочных кривых для определения биологической дозы облучения с использованием нескольких цитогенетических тестов – анализа дицентрических хромосом, микроядерного теста с цитохалазином Б и анализа преждевременно конденсированных хромосом.

Методология. Проведена оценка количественной зависимости частоты различных хромосомных нарушений, выявленных в лимфоцитах периферической крови человека, от внешней дозы облучения после гамма-облучения образцов крови in vitro в диапазоне доз 0–6 Гр. На основании этого получены уравнения дозовой зависимости частоты аберраций и калибровочные кривые, позволяющие определить биологическую дозу облучения.

Результаты и их анализ. В ходе анализа нескольких типов хромосомных нарушений, индуцированных ионизирующими излучениями in vitro: дицентрических хромосом, микроядер в бинуклеарных клетках и преждевременно конденсированных фрагментов хромосом, получены уравнения зависимости частоты исследуемых хромосомных аберраций от внешней дозы облучения. Проведена валидация полученных уравнений при определении дозы облучения образца крови in vitro, что подтвердило адекватность разработанных моделей. Определены контрольные значения исследуемых цитогенетических показателей. У пациентов, предполагающих наличие значительного облучения в процессе проведения медицинских исследований с применением ионизирующих излучений (компьютерная томография и пр.), с помощью полученной калибровочной кривой оценки поглощенной дозы установлены дозы облучения по количе ству дицентрических хромосом.

Заключение. Разработанные уравнения дозовой зависимости нескольких цитогенетических показателей: дицентрических хромосом, микроядер в двуядерных клетках и преждевременно конденсированных хромосомных фрагментов позволяют достоверно оценить биологическую дозу облучения у лиц, подвергшихся воздействию ионизирующих излучений. Применение батареи цитогенетических тестов расширяет возможности лаборатории в области биологической дозиметрии при различных сценариях облучения.

1. Колюбаева С.Н. Хромосомные аберрации, микроядра и апоптоз в лимфоцитах при радиационных воздействиях и других патологических состояниях : автореф. дис. ... д-ра биол. наук. Обнинск, 2010. 32 с.

2. Неронова Е.Г., Саблина А.О., Алексанин С.С. Возможности реконструкции доз внешнего облучения у ликвидаторов последствий аварии на Чернобыльской атомной электростанции цитогенетическими методами // Мед.-биол. и соц.-психол. пробл. безопасности в чрезв. ситуациях. 2019. № 4. С. 70–78. DOI: 10.25016/2541-7487-2019-0-4-70-78.

3. Снигирева Г.П., Богомазова А.Н., Новицкая Н.Н. [и др.]. Биологическая индикация радиационного воздействия на организм человека с использованием цитогенетических методов : мед. технология № ФС-2007/015-У. М., 2007. 29 с.

4. Ainsbury E.A., Lloyd D.C. Dose estimation software for radiation biodosimetry // Health Phys. 2010. Vol. 98, N 2. P. 290–295. DOI: 10.1097/01.HP.0000346305.84577.b4.

5. Beinke C., Braselmann H., Meineke V. Establishment of an x-ray standard calibration curve by conventional dicentric analysis as prerequisite for accurate radiation dose assessment // Health Phys. 2010. Vol. 98, N 2. P. 261–268. DOI: 10.1097/HP.0b013e3181b35a53.

6. Beinke C., Port M., Riecke A. [et al.]. Adaption of the cytokinesis-block micronucleus cytome assay for improved triage biodosimetry // Radiation Research. 2016. Vol. 185, N 5. P. 461–472. DOI: 10.1667/RR14294.1.

7. Blakely W.F., Prasanna P.G.S., Kolanko C.J. [et al.]. Application of premature chromosome condensation assay in stimulated partial-body radiation exposures: evaluation of the use of an automated metaphase finder // Stem Cells. 1995. Vol. 13, Suppl. 1. P. 223–230.

8. Chambrette V., Laval F., Voisin P. The utility of lymphocyte premature chromosome condensation analysis for biological dosimetry following accidental over exposure to ionizing radiation // Radiation Protection Dosimetry. 1999. Vol. 82. P. 125–131.

9. Cytogenetic dosimetry: applications in preparedness for and response to radiation emergencies / International Atomic Energy Agency. Vienna, 2011. 229 p.

10. Darroudi F., Natarajan A.T., Bentvelzen P.A. [et al.]. Detection of total- and partial-body irradiation in a monkey model: a comparative study of chromosomal aberration, micronucleus and premature chromosome condensation assays // Int. J. Radiat. Biol. 1998. Vol. 74, N 2. P. 207–215.

11. Hayata I., Kanda R., Minamihisamatsu M. [et al.]. Cytogenetical dose estimation for 3 severely exposed patients in the JCO criticality accident in Tokai-mura // J. Radiat. Res. 2001. Vol. 42, Suppl. S149–S155.

12. McNamee J.P., Flegal F.N., Greene H.B. [et al.]. Validation of the cytokinesis-block micronucleus (CBMN) assay for use as a triage biological dosimetry tool // Radiation Protection Dosimetry. 2009. Vol. 135, N 4. P. 232– 242. DOI: 10.1093/rpd/ncp119.

13. Neronova E.G. Сonstruction of calibration curve for premature chromosome condensation assay for dose assessment // Genome Integrity. 2016. Vol. 7, N 1. P. 1–4. DOI: 10.4103/2041-9414.197166.

14. Pantelias G.E., Maillie H.D. A simple method for premature chromosome condensation induction in primary human and rodent cells using polyethylene glycol // Somatic Cell. Genet. 1983. Vol. 5. P. 533–547. DOI: 10.1007/BF01574257.

15. Tawn E.J., Curwen G.B., Jonas P. [et al.]. Chromosome aberrations determined by FISH in radiation workers from the Sellafield Nuclear Facility // Radiation Research. 2015. Vol. 184, N 3. P. 296–303. DOI: 10.1667/RR14125.1.

16. Vral A., Fenech M., Thierens H. The micronucleus assay as a biological dosimeter of in vivo ionising radiation exposure // Mutagenesis. 2011. Vol. 26, N 1. P. 11–17. DOI: 10.1093/mutage/geq078.

17. Wilkins R., Romm H., Kao T.-C. [et al.]. Interlaboratory comparison of the dicentric chromosome assay for radiation biodosimetry in mass casualty events // Radiation Research. 2008. Vol. 169, N 5. P. 551–560.