Vergleich der biologischen Strahlenwirkung des β^--Emitters ¹⁸⁶Re mit 662 keV Photonenstrahlung auf die humane B-Zelllinie BV-173

Abstract

Aim Aim of the study was to determine the effects of the β^--emitter ¹⁸⁶Re and 662 keV photon radiation in order to compare the biological effects of low dose rate (¹⁸⁶Re) to high dose rate irradiation.

Methods Prae-B-lymphocytes were exposed to 662 keV photon radiation or incubated with a liquid solution of ¹⁸⁶Re. Cell count and viability were compared over the observation period of seven days, survival curves constructed and analysed at time of lowest cell-viability.

Results Biphasic cell survival curves resulted for both radiation types. Survival curves were obtained at 24 h for photon radiation and 72 h for ¹⁸⁶Re. The biphasic survival curve after photon radiation exposure can be explained by radiation hypersensitivity at doses below 1 Gy resulting in a D₀ of 3.3 Gy. Doses exceeding 1.0 Gy showed a D₀ of 10 Gy. The biphasic survival curve in case of ¹⁸⁶Re incubation represents repair of sub lethal damage in the first section of the curve (D₀ 11.1 Gy) – in this case, biological effects of the β^--emitter are attenuated by repair. Beyond an accumulated dose of 1.6 Gy, ¹⁸⁶Re showed a steeper slope with a D₀ of 4 Gy, corresponding to 2.5 times higher biological effects compared to acute photon irradiation (10 Gy).

Conclusion Low dose rate radiation resulted in low biological effects at low doses. There is a threshold of accumulated dose above which biological effects of ¹⁸⁶Re-incubation exceed those of photon irradiation.

Zusammenfassung

Ziel Ziel der Untersuchung ist es, die Strahlenwirkung des β^--Emitters ¹⁸⁶Re und von 662keV-Photonenstrahlung zu ermitteln, um die biologische Wirkung von Strahlung niedriger Dosisleistung (¹⁸⁶Re) mit der hoher Dosisleistung zu vergleichen.

Material und Methoden Zellen der humanen Leukämie-Zelllinie BV-173 wurden mit 662keV-Photonenstrahlung respektive ¹⁸⁶Re bestrahlt. In einem Inkubationszeitraum von 7 Tagen wurden Zahl und Vitalität der Zellen täglich bestimmt und als Dosiseffektkurven basierend auf der Vitalität dargestellt. Hierfür wurde der Zeitpunkt mit minimalem Überleben verwendet (72h ¹⁸⁶Re und 24h Photonenstrahlung).

Ergebnisse Beide Strahlenarten zeigen am Auswertezeitpunkt (72h nach Versuchsbeginn für ¹⁸⁶Re und 24h nach Versuchsbeginn für Photonenstrahlung) eine Überlebenskurve mit biexponentiellem Verlauf. Für Photonenstrahlung ist dies erklärbar durch eine Hypersensitivität im niedrigen Dosisbereich bis 1Gy, für die sich eine D₀ von 3,3Gy ergibt, für Dosen über 1,0Gy liegt die D₀ bei 10Gy. Für die ¹⁸⁶Re-Inkubation ergibt sich eine D₀ von 11,1Gy bei niedrigen Dosen verursacht durch die Reparatur subletaler Schäden, durch welche die biologische Wirkung abgeschwächt wird. Ab einer akkumulierten Dosis von etwa 1,6Gy zeichnet sich für ¹⁸⁶Re ein wesentlich steilerer Kurvenverlauf mit einer D₀ von 4,0Gy ab, der eine in diesem Bereich 2,5-fach stärkere biologische Wirkung als akute Photonenstrahlung wiedergibt (D₀ 4Gy für ¹⁸⁶Re bzw. 10Gy für Photonen).

Schlussfolgerung Strahlung niedriger Dosisleistung zeigt eine geringere biologische Wirkung als eine akute Bestrahlung. Es existiert aber ein Grenzwert der akkumulierten Dosis, ab dem die biologische Wirkung von β-Strahlung die der Photonenstrahlung sogar übertrifft.

Schlüsselwörter

Biologische Strahlenwirkung - B-Zelllinie BV-173 - ¹⁸⁶Re

Keywords

Biological radiation effect - low dose rate irradiation

Publication History

Received: 22 March 2021

Accepted after revision: 26 July 2021

Article published online:
20 August 2021

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