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Strahlenbiologie – Wirkung ionisierender Strahlung, Strahlenempfindlichkeit

Kooperationen des BfS mit nationalen und internationalen Partnern zum Thema "Strahlenbiologie – Wirkung ionisierender Strahlung, Strahlenempfindlichkeit":

Zusammenarbeit im Rahmen des Europäischen Netzwerkes für Biologische DosimetrieEinklappen / Ausklappen

Kooperationspartner

Zielsetzung

Um nach einem großen Strahlenvorfall wie einem Unfall oder Anschlag möglichst schnell eine biologische Dosisabschätzung bei betroffenen oder gefühlt betroffenen Personen durchführen zu können, wurde unter der Leitung des BfS ein europäisches Netzwerk für Biologische Dosimetrie (RENEB - Realizing the European Network of Biological Dosimetry) aufgebaut. Insgesamt haben 26 Organisationen, hauptsächlich mit Erfahrung in der Durchführung der biologischen Dosimetrie, aus 16 europäischen Ländern ein Memorandum of Understanding (MoU) unterschrieben, um sich im Falle eines großen Strahlennotfalls gegenseitig auf dem Gebiet der biologischen Dosimertie zu unterstützen (Stand Januar 2016). Der Aufbau des Netzwerkes erfolgte in einem von der EU geförderten Projekt (Grant Agreement No 295513; RENEB). Das bestehende Netzwerk soll weiter mit nationalen Notfalleinrichtungen (z.B. first responders) und internationalen Notfallzentren wie der WHO und der IAEA verknüpft werden. Durch die Optimierung und Bündelung der Laborkapazitäten soll eine effiziente und situationsangepasste Dosisabschätzung ermöglicht werden. Dies beinhaltet sowohl eine schnelle Dosisabschätzung im Triage Modus als auch eine spätere individuelle Dosisabschätzung.

Internationale Zusammenarbeit im Hinblick auf die Strahlenempfindlichkeit von Kindern nach CT-ExpositionEinklappen / Ausklappen

Kooperationspartner

Zielsetzung

Weltweit ist eine Zunahme an computertomographischen Untersuchungen bei Kindern zu beobachten. Es ist nicht geklärt, ob diese Untersuchungen später zu negativen Gesundheitseffekten führen können. In der europäischen EPI-CT-Studie sollen erstmals Tumorrisiken und zugrunde liegende biologische Strahlenwirkungen nach diagnostischen CT-Untersuchungen in einer internationalen Kohortenstudie, an welcher über 1 Million Kinder teilnehmen, untersucht werden. Das BfS führt innerhalb dieses Projektes eine Machbarkeitsstudie durch, um altersabhängige Strahlenempfindlichkeit anhand von Biomarkern im Blut zu untersuchen. Gemeinsam mit klinischen Kooperationspartnern aus München (LMU, TUM, privaten kinderchirurgischen Einrichtungen) wurden in den Jahren 2011 und 2012 Blutproben von Kindern aus drei Altersgruppen, vom Neugeborenen (Nabelschnurblut) über Kleinkinder (2 – 5 Jahre) bis zum Erwachsenen, rekrutiert und auf verschiedene DNA Schadensparameter nach Bestrahlung untersucht.

Einfluss von verschiedenen Dosisraten und niedrigen Dosen auf die zelluläre StrahlenantwortEinklappen / Ausklappen

Kooperationspartner

Zielsetzung

Die Auswirkungen einer Langzeitbestrahlung im niedrigen Dosisbereich sowie von verschiedenen Dosisraten werden auf zellulärer Ebene untersucht. Gemeinsam mit Modellentwicklern wird das experimentelle Versuchsdesign erstellt, um eine optimale Nutzung der Versuchsergebnisse auch für die Verarbeitung in mathematischen Modellen sicherzustellen. Die Versuche werden zunächst an etablierten Zelllinien durchgeführt und anschließend auf Stammzellen (für Fibroblasten oder Blutzellen) erweitert. Die erzielten Ergebnisse werden mit weiteren Techniken validiert.

Verbundprojekt zu Untersuchungen zur Strahlenüberempfindlichkeit und -resistenzEinklappen / Ausklappen

Kooperationspartner

Zielsetzung

Im Verbund mit fünf Partnern wird das Projekt "Zielstrukturen und Signalwege der Strahlenüberempfindlichkeit und –resistenz" (ZiSS) durchgeführt. Dazu werden humane Zelllinien mit genau charakterisierter Strahlenempfindlichkeit untersucht und veränderte Gene beziehungsweise Proteine in diesen Zelllinien erfasst. Durch integrative Analyse von molekularen Daten verschiedener Ebenen (Genom, Transkriptom, Epigenom, Proteom und Phosphoproteom) sollen nach Bestrahlung deregulierte Netzwerke und deren zentrale Effektorgene/-proteine identifiziert werden. Über zeitaufgelöste Perturbationsexperimente und mathematische Modelle werden anschließend Signalkaskaden und potentielle molekulare Angriffspunkte erkannt, die für eine Modulation der Strahlenempfindlichkeit eine Rolle spielen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert (Förderkennzeichen 02NUK024A).

Verbundprojekt zur Untersuchung von DNA-Reparaturfoci als Marker für StrahlenempfindlichkeitEinklappen / Ausklappen

Kooperationspartner

Zielsetzung

In der Strahlenbiologie wird der Nachweis von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB) mittels antikörperbasierter Immunfluorenszenz immer häufiger eingesetzt. Es fehlt jedoch die systematische und zusammenhängende Untersuchung der Eignung dieser Methode als biologischer Marker für die Vorhersage einer strahlenempfindlichen Zell-Gewebereaktion. Mit diesem Forschungsverbund sollen spezifische DNA-Reparaturfoci (RF), wie sie bei der Reparatur von DSBs gebildet werden, als biologische Marker der individuellen Strahlenempfindlichkeit etabliert, validiert und automatisiert werden. Das Ziel des Verbundes ist es, durch den Nachweis von spezifischen DNA-Reparaturfoci (gammaH2AX, 53BP1, pATM, RAD51) biologische Marker für die individuelle Strahlenempfindlichkeit beziehungsweise das individuelle Strahlenrisiko zu etablieren. Dazu soll eine zusammenhängende Untersuchung verschiedener Aspekte in der Anwendung von RF vorgenommen werden, wie die Analyse der Foci nach chronischer niedriger Strahlenexposition, während und nach der Strahlentherapie, als Marker für Strahlenempfindlichkeitsreaktionen und Tumorrisiko. Parallel zu den strahlenbiologischen Fragestellungen soll die Methode optimiert und die Auswertung automatisiert werden, um molekular-epidemiologische Studien mit einer ausreichenden Teststärke durchführen zu können. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bis 2020 gefördert.

Der Verbund konnte erste Erfolge in der Prostatatumortherapie verbuchen und in Tumorzellen gezielt die Reparatur von Strahlenschäden unterbinden.

Strahlenempfindlichkeit und seltene ErkrankungenEinklappen / Ausklappen

Kooperationspartner

Zielsetzung

Im Rahmen eines Forschungsprojektes werden Zellen von Patienten mit seltenen Erkrankungen wie zum Beispiel ATM, NBS und Shwachman Diamond Syndrom auf ihre Strahlenempfindlichkeit hin untersucht. Da bei entsprechende Patienten im Rahmen ihrer Erkrankung überdurchschnittlich häufig CT- und Röntgenuntersuchungen durchgeführt werden, ist die Kenntnis einer möglichen genetisch erhöhten Strahlenempfindlichkeit von Bedeutung und kann gegebenenfalls zu einer Optimierung der diagnostischen und therapeutischen Bestrahlung beitragen.

Zusammenarbeit im Hinblick auf Biobanken beruflich strahlenexponierter ArbeiterEinklappen / Ausklappen

Kooperationspartner

Zielsetzung

Im Hinblick auf eine verbesserte Einschätzung des Gesundheitsrisikos durch eine beruflich bedingte Exposition mit Uranium wird ein einheitliches Untersuchungsprotokoll vorbereitet. Dafür wird eine Strategie für das Sammeln von biologischen Proben, die Messungen der Knochenmarksdosen und die Auswahl der später durchgeführten Analysen festgelegt. Desweiteren wird in einer Machbarkeitsstudie geklärt, ob der molekularepidemiologische Versuchsansatz, basierend auf einer epidemiologischen Kohorte aus Kernkraftarbeitern, Bergarbeitern und Fräsern, durchführbar ist.

Untersuchung synergistischer Wirkungen ionisierender Strahlung und statischer Magnetfelder bei PET/MR-UntersuchungenEinklappen / Ausklappen

Kooperationspartner

Zielsetzung

Fragestellung der Studie ist es, abzuklären, ob es synergistische Wirkungen zwischen dem PET-Radiopharmakon [18F]FDG und einem starken homogenen statischen Magnetfeld gibt. Hierzu sollen Doppelstrangbrüche an Lymphozyten-DNA gesunder Probanden mittels gamma-H2AX-Assay erfasst werden.

Zunächst wird an 5 Probanden überprüft, ob die Sensitivität des gamma-H2AX-Assays ausreicht, um die Strahlenwirkungen nach FDG-Gabe im Niedrigdosisbereich nachzuweisen. Im Anschluss soll die Studie möglicherweise an einem größeren Kollektiv durchgeführt werden.

Lifetime study: Lebenszeitanalyse von Mäusen nach Ganzkörperbestrahlung mit niedrigen DosenEinklappen / Ausklappen

Kooperationspartner

Zielsetzung

Ziel dieser Studie ist die mechanistische Untersuchung der Wirkung ionisierender Strahlung im Niedrigdosisbereich. Dazu werden Mäuse beiderlei Geschlechts einmalig im Alter von 10 Wochen mit Dosen zwischen 0 Gy und 0,5 Gy (60Co) bestrahlt und systematisch die Auswirkungen auf verschiedene Organsysteme während der Gesamtlebenszeit (2 Jahre) betrachtet. Um die Frage der genetischen Empfindlichkeit zu untersuchen, werden neben Wildtyp-Mäusen auch heterozygote Mutanten untersucht; die rezessive Mutation betrifft das Ercc2, ein Gen, das an der DNA Reparatur beteiligt ist.

Mit Hilfe des gamma-H2AX-Assays werden sowohl Lymphozyten als auch Linsenzellen aus dem Auge auf mögliche Unterschiede im DNA-Initialschaden, bzw. im Reparaturverhalten untersucht.

INSTRA - Integrative Langzeitstudie zur Wirkung niedriger Strahlendosen in der MausEinklappen / Ausklappen

Kooperationspartner

Zielsetzung

Im Rahmen der lifetime study wurden zunächst nur die Auswirkungen von ionisierender Strahlung im Niedrigdosisbereich auf das Auge und das Verhalten der Mäuse betrachtet. Andere Organe wurden zur späteren systematischen Untersuchung asserviert. Diese sollen nun auf strahleninduzierte Veränderungen untersucht werden.

Um zusätzlich die Frage der genetischen Empfindlichkeit zu untersuchen, werden neben Wildtyp-Mäusen auch heterozygote Mutanten untersucht. Das Ziel des Verbundes ist es, ein ganzheitliches Verständnis der Wirkung niedriger Dosen auf einen Säugetierorganismus zu erhalten. Dazu werden auch cardio-vaskuläre Effekte, pathologische Veränderungen verschiedener Organe wie Augen, Darm, Lungen, Leber, Niere und Milz sowie Blut und Plasma untersucht.

Stand: 04.04.2019

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