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高線量被曝後の細胞遺伝学に基づくバイオドシメトリー
Cytogenetically-based biodosimetry after high doses of radiation.
PMID: 32320391 PMCID: PMC7176141. DOI: 10.1371/journal.pone.0228350.
抄録
線量測定は、放射線被曝事故後のトリアージや治療計画を立てるための重要なツールであり、生物学的パラメータを用いて被曝線量を推定する生物学的線量測定は、個人が受ける特定の線量を決定するための実用的な手段である。サイトカイン阻害小核アッセイ（CBMN）は、マイトジェン刺激を受けたヒトリンパ球における染色体損傷を測定するための確立されたバイオドシメトリツールである。CBMN法は、スコアリングが簡単で、ハイスループットの自動サンプル処理システムへの適応性が高いため、トリアージ状況でのバイオドシメトリに特に有用です。この方法では、低線エネルギー移動（LET）放射線被曝および5Gyまでの線量について、線形二次モデルに非常によく適合する線量反応データが得られるが、それ以上の線量になると、この方法の精度に限界が生じる。それ以上の線量での精度は、有糸分裂に達する細胞の数によって制限される。小核の収量は線量とともに増加すると予想されるが、多くの実験では、細胞の総数で正規化すると実際には減少することが示されている。このように単調に増加する線量反応からの変化は、レトロスペクティブな線量再構成には限界がある。本研究では、標準的なCBMN測定法を改良し、より高い線量の光子や中性子と光子の混合ビームに曝露した場合の精度を向上させた。このアッセイは、カフェイン及び/又はオーロラキナーゼ阻害剤であるZM447439を血液培養物に添加して、G2/M及び紡錘体チェックポイントを阻害することにより、アッセイ中の選択された時間に変更した。その結果、カフェイン添加は10Gyまでの光子に対してアッセイ性能を向上させることが示された。阻害剤を添加しない場合と比較して、カフェインとZM447439を添加することで、10Gyまでの光子及び4Gyまでの混合中性子-光子による小核収量の検出精度を向上させることができた。高線量で観察されるターンオーバー現象を考慮して線量効果曲線をフィットさせたところ、両方の阻害剤を併用した場合に最適なフィットが得られた。これらの技術により、ハイスループット自動試料処理システムに適応可能な方法で、高線量放射線後の信頼性の高い線量再構成が可能となった。
Dosimetry is an important tool for triage and treatment planning following any radiation exposure accident, and biological dosimetry, which estimates exposure dose using a biological parameter, is a practical means of determining the specific dose an individual receives. The cytokinesis-blocked micronucleus assay (CBMN) is an established biodosimetric tool to measure chromosomal damage in mitogen-stimulated human lymphocytes. The CBMN method is especially valuable for biodosimetry in triage situations thanks to simplicity in scoring and adaptability to high-throughput automated sample processing systems. While this technique produces dose-response data which fit very well to a linear-quadratic model for exposures to low linear energy transfer (LET) radiation and for doses up for 5 Gy, limitations to the accuracy of this method arise at larger doses. Accuracy at higher doses is limited by the number of cells reaching mitosis. Whereas it would be expected that the yield of micronuclei increases with the dose, in many experiments it has been shown to actually decrease when normalized over the total number of cells. This variation from a monotonically increasing dose response poses a limitation for retrospective dose reconstruction. In this study we modified the standard CBMN assay to increase its accuracy following exposures to higher doses of photons or a mixed neutron-photon beam. The assay is modified either through inhibitions of the G2/M and spindle checkpoints with the addition of caffeine and/or ZM447439 (an Aurora kinase inhibitor), respectively to the blood cultures at select times during the assay. Our results showed that caffeine addition improved assay performance for photon up to 10 Gy. This was achieved by extending the assay time from the typical 70 h to just 74 h. Compared to micronuclei yields without inhibitors, addition of caffeine and ZM447439 resulted in improved accuracy in the detection of micronuclei yields up to 10 Gy from photons and 4 Gy of mixed neutrons-photons. When the dose-effect curves were fitted to take into account the turnover phenomenon observed at higher doses, best fitting was achieved when the combination of both inhibitors was used. These techniques permit reliable dose reconstruction after high doses of radiation with a method that can be adapted to high-throughput automated sample processing systems.