Visual Universitätsmedizin Mainz

Strahlenbiologische Forschung

Leitung: Dr. rer. nat. Sebastian Zahnreich

Die strahlenbiologische Forschung des radioonkologischen Forschungslabors widmet sich der Untersuchung biologischer und physikalischer Grundlagen der Wirkung ionisierender Strahlung auf zelluläre Systeme. Das derzeitige Hauptaugenmerk richtet sich auf die Untersuchung von Prozessen, die mit unerwünschten Spätfolgen der Strahlentherapie assoziiert werden. Hierfür werden potentielle Indikatoren einer erhöhten individuellen Strahlensensitivität, die besonders im Zusammenhang mit der Entwicklung von sekundären Malignomen diskutiert wird, angewendet und auf deren Aussagekraft getestet.

 

Methodenspektrum:

  • Zellkulturtechnik
  • Zytogenetik
  • Zellzyklusanalyse
  • Koloniebildungstest
  • Expressionsanalyse von Proteinen (Immunfluoreszenz, Western Blot, Durchflusszytometrie)

Für Bestrahlungsexperimente mit Röntgenstrahlung stehen hochenergetische medizinische Linearbeschleuniger sowie ein niederenergetisches Orthovoltgerät der Klinik und Poliklinik für Radioonkologie und Strahlentherapie zur Verfügung.

 

Biologische Dosimetrie

Jede zufällige oder geplante Exposition gegenüber ionisierender Strahlung birgt ein relatives Risiko für die Entwicklung von kurz- oder langfristigen gesundheitlichen Beeinträchtigungen. Durch die zunehmende Nutzung von radioaktiven Quellen und Röntgenstrahlen in der diagnostischen und therapeutischen Radiologie, der industriellen und landwirtschaftlichen Forschung sowie für militärische Zwecke steigt stetig das Risiko einer erhöhten Strahlenbelastung in der gesamten Bevölkerung. Im Falle einer Überexposition ist daher eine genaue und zeitnahe Bestimmung der absorbierten Strahlendosis sowie des Expositionsszenarios für die Abschätzung klinischer Folgen und das Einleiten medizinischer Gegenmaßnahmen essentiell. Ist jedoch keine exakte physikalische Messung der absorbierten Strahlendosis möglich, wie z.B. bei den meisten Strahlenunfällen, wird hierfür die biologische Dosimetrie herangezogen. Diese basiert auf der retrospektiven Quantifizierung strahleninduzierter Modifikationen geeigneter biologischer Moleküle, die meist minimal-invasiv in peripheren Lymphozyten durchgeführt wird. Anschließende Dispersionsanalysen ermöglichen eine Diskriminierung zwischen Teil- und Ganzkörperexpositionen und ein quantitativer Abgleich mit Referenzdaten erlaubt die Abschätzung der absorbierten Teil- und Ganzkörperdosis. Der momentane Goldstandard der biologischen Dosimetrie ist die retrospektive Quantifizierung dizentrischer Chromosomen in Lymphozyten. Eine niedrige Sensitivität und ein hoher Zeitaufwand von mehreren Tagen limitieren jedoch den Einsatz dieser Methode in der Radiologie und bei Strahlenunfällen großen Ausmaßes. Eine wesentlich schnellere und sensitivere Methode stellt ein neuer biodosimetrischer Ansatz der Immunfluoreszenzbasierten Quantifizierung der phosphorylierten Histonvariante H2AX (g-H2AX), einem anerkannten Indikator für DNA-Doppelstrangbrüche, dar. Diese erlaubt die Abschätzung sehr niedriger Strahlendosen im Bereich weniger mGy binnen weniger Stunden. Beide Methoden werden in unseren Laboren standardisiert in biodosimetrischen Studien für die Ermittlung der Strahlenbelastung durch eine Strahlentherapie mit unterschiedlichen Bestrahlungstechniken bei Patienten mit verschiedenen Tumorentitäten angewendet (siehe Abbildung).

Abbildung:
links: Die Frequenzen strahleninduzierter ?-H2AX Foci und chromosomale Aberrationen in Leukozyten von Mamma- und Prostatakarzinompatienten 30 Minuten und 24 Stunden nach der ersten radiotherapeutischen Strahlenexposition in Abhängigkeit der applizierten Integraldosis.
oben rechts: Repräsentative Aufnahmen der Immunfluoreszenzmikroskopie von ?-H2AX Foci (grün) in mit DAPI gegengefärbten Leukozytenzellkernen (blau) vor und nach der 1. Fraktion der Radiotherapie.
unten rechts: Repräsentative Aufnahmen von Lymphozytenmetaphasen vor und nach der Radiotherapie. Chromosomale Aberrationen sind durch Pfeile gekennzeichnet.
Kontakt

Sebastian Zahnreich, PhD

Dept. of Radiooncology and Radiotherapy

University Medical Center

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55131 Mainz

Germany

 

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+49-6131-17-2860

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