BALANCE - Biodosimetry approaches for large scale Neutron exposure scenarios

Hintergrund

Grundsätzlich sind verschiedene Szenarien eines radiologischen Vorfalls mit zahlreichen potenziell bestrahlten Personen denkbar, wobei bisher vor allem Terroranschläge mit einem sogenannten improvised nuclear device (IND) oder auch Vorkommnisse in Kernkraftwerken angenommen wurden. Mittlerweile ist auch die Gefährdung durch den Einsatz nuklearer Waffen in Kriegssituationen nicht mehr ausgeschlossen.

Die Bereitstellung einer schnellen und zuverlässigen Dosisabschätzung für die Bevölkerung ist ein wichtiges Instrument zur Unterstützung des Notfallmanagements. Die biologische Dosimetrie kann hier einen entscheidenden Beitrag zur Ermittlung der Blutdosis und zur Unterstützung der klinischen Entscheidungsfindung liefern. Grundlage hierzu ist die Etablierung in vitro erstellter Dosiseffekte. Hierzu werden humane Blutproben, die mittels Venenpunktion entnommen werden, außerhalb des Körpers (in vitro) unter definierten Bedingungen mit verschiedenen Strahlendosen bestrahlt. Diese Dosiseffektkurven bieten die Möglichkeit, die Strahlenwirkung einer Strahlendosis zuzuordnen.

Durch RENEB, das Netzwerk für biologische Dosimetrie und physikalische retrospektive Dosimetrie, wurde eine Strategie geschaffen, um die biologische Dosimetrie auch für den großen Strahlenunfall zu nutzen und damit die Kapazität einzelner Labore zu steigern. Damit das Netzwerk auch im Falle einer Neutronenexposition effektiv eingesetzt werden kann, war die Etablierung und Validierung von Dosiswirkungskurven für verschiedene Neutronenenergien dringend erforderlich.

Zielsetzung

• Bereitstellung von Strategien in der biologischen Dosimetrie für Neutronenexpositionen zur Bewältigung von Notfällen bei einem großen Strahlenunfall.
• Erstellung biologischer Dosimetrieverfahren zur Dosisabschätzung bei Exposition mit Neutronenkomponenten
• Etablierung von Dosiseffektkurven, basierend auf biologischen Endpunkten, für Neutronenenergien, die in Notfallszenarien freigesetzt werden können.
• Vergleich der Schadensinduktion nach Exposition menschlicher Blutproben an zwei verschiedenen Neutronen-Bestrahlungsanlagen mit unterschiedlichen Energiespektren.
• Ermittlung der Kapazität und Potenzial der Dosisermittlung durch das RENEB Netzwerk und US-Partner.
• Validierung der Dosiswirkungskurven und der Neutronen-Bestrahlungseinrichtungen (Europa, USA) anhand von Blindproben.

Methodik und Durchführung

Im Rahmen von BALANCE wurde an zwei verschiedenen Neutronen-Bestrahlungseinrichtungen (Deutschland/PTB und in USA/CNIF) ein Neutronenspektrum ähnlich dem in Hiroshima in einer Entfernung von 1,5 km vom Epizentrum simuliert und die biologische Dosimetrie auf der Grundlage des dizentrischen Chromosomentests (DCA) durchgeführt.

Darauf basierend wurden Dosiseffektkurven im internationalen Vergleich mit amerikanischen Partnern erstellt und anschließend in Ringversuchen validiert. Zudem wurden die manuelle und die schnelle, automatische Auswertung miteinander verglichen.

In einem ersten Schritt wurden Kalibrierungskurven unter Anwendung der dizentrischen Chromosomen Analyse (DCA) erstellt, indem Blutproben mit fünf Dosen im Bereich von 0 (Gray) Gy bis 4 Gy an beiden Bestrahlungseinrichtungen bestrahlt wurden. Die Proben wurden an acht teilnehmende Labors des RENEB-Netzes geschickt, und die dizentrischen Chromosomen wurden von jedem Teilnehmenden quantifiziert. Anschließend wurden die Blutproben in jeder der beiden Bestrahlungseinrichtungen mit vier verblindeten Dosen bestrahlt und an die teilnehmenden Labors geschickt, um auf der Grundlage der erstellten Kalibrierungskurven Dosisschätzungen vorzunehmen.

Ergebnisse

Es konnten neue Erkenntnisse über die Anwendbarkeit von zytogenetischen Biomarkern für Dosisabschätzungen im Falle einer Neutronenexposition mit einem Spektrum ähnlich dem bei der Hiroshima-Bombardierung erlangt werden. In einer transatlantischen Zusammenarbeit von Laboren aus Europa und den USA wurden kritische Punkte getestet und bewertet wie etwa

• hohe Dosen und Neutronen-Energiespektren,
• die Praktikabilität des Versands von Blutproben und
• die Anwendbarkeit von Kalibrierungskurven für verschiedene Notfallsituationen.

Interessanterweise konnten Unterschiede in der biologischen Wirksamkeit zwischen den Neutronen-Energiespektren, die an zwei verschiedenen Bestrahlungsanlagen erzeugt wurden, aufgedeckt werden. Während die Ergebnisse der manuellen Auswertung zeigen, dass die RENEB-Labors in der Lage sind, die verwendeten Dosen erfolgreich abzuschätzen, waren die Ergebnisse, die auf semi-automatisch ausgewerteten Daten basierten, eher mit Fehlern behaftet, was darauf hindeutet, dass weitere Forschung erforderlich ist.

Publikation

Endesfelder D, Kulka U, Bucher M, Giesen U, Garty G, Beinke C, Port M, Gruel G, Gregoire E, Terzoudi G, Ainsbury E, Moquet J, Prieto MJ, Domene MM, Barquinero JF, Pujol-Canadell M, Vral A, Baeyens A, Wojcik A, Oestreicher U. International comparison exercise for biological dosimetry after exposures with neutrons performed at two irradiation facilities as part of the BALANCE project