Aplicació de la condensació prematura de cromosomes (PCC) a la dosimetria biològica

Abstract

En dosimetria biològica (DB), el recompte de cromosomes dicèntrics en metafases de limfòcits de sang perifèrica és el millor mètode per estimar la dosi d’exposicions recents i agudes a radiacions ionitzants (RI). No obstant, aquesta metodologia presenta certes limitacions. Una d’elles és la dificultat per obtenir metafases a dosis molt elevades (>5-6 Gy), degut al retard o impossibilitat d’arribar a metafase (M) de les cèl·lules molt danyades. La tècnica de condensació prematura de cromosomes (PCC) permet analitzar les alteracions cromosòmiques (AC) en cèl·lules en interfase. La PCC es pot induir químicament amb la caliculina-A o amb àcid ocadaic. Per a realitzar estudis de DB és necessari l’elaboració de corbes dosi-efecte. Cal assenyalar que les poques corbes dosi-efecte en les que s’han utilitzat tècniques de PCC mostren diferències en la relació dosi-efecte observada. En aquesta tesi, es van irradiar limfòcits de sang perifèrica a altes dosis de raigs γ i partícules α. A més, amb raigs γ, a més es van simular exposicions parcials. Es va estudiar en primer lloc la relació amb la dosi de les cèl·lules amb diferents morfologies cromosòmiques atribuïbles a diferents moments del cicle cel·lular: cèl·lules en G2 (G2/M-PCC), cèl·lules en M i cèl·lules atribuïdes a la fase M tardana o anafase (M/A-PCC). Posteriorment es van analitzar les AC. Concretament, es va analitzar la freqüència de cromosomes en anell (anells) i de fragments cromosòmics extra (fragments extra) en cèl·lules interfàsiques, així com la freqüència de cromosomes dicèntrics (dicèntrics) en cèl·lules en metafase, i es van elaborar corbes de calibratge dosi-efecte per les diferents AC. Les cèl·lules exposades a partícules α van mostrar més dificultat per arribar a M que les exposades a raigs γ. Les cèl·lules en M/A-PCC només es van observar a l’estudi amb raigs γ, i la seva proporció va ser relativament constant a les diferents dosis. Amb raigs γ, la freqüència d’ anells en cèl·lules M/A-PCC va ser superior a la de G2/M-PCC. Això indica que les cèl·lules M/A-PCC podrien ser cèl·lules en G2 amb les cromàtides desalineades. La freqüència de totes les AC considerades va augmentar amb la dosi per ambdós tipus de RI i per tots els tipus de morfologies cel·lulars. Per raigs γ, el coeficient lineal de les corbes dosi-efecte per anells en cèl·lules M/A-PCC va ser superior al de les cèl·lules G2/M-PCC, però similar al descrit utilitzant àcid ocadaic. Com que en l’experiment amb partícules α no es van observar cèl·lules M/A-PCC, i la proporció d’aquestes cèl·lules és més elevada quan s’utilitza àcid ocadaic, considerem que hi ha aspectes metodològics que s’haurien d’harmonitzar per la utilització de la PCC en DB. En les corbes dosi-efecte pels fragments extra, i per ambdós tipus de radiació, els coeficients α per les cèl·lules G2/M-PCC va ser superior que l’obtingut per les cèl·lules a M, sent aquesta superioritat més evident en les cèl·lules irradiades amb partícules α. La elevada freqüència de fragments extra suggereix que aquest tipus d’AC podria ser un biomarcador d’exposició per a dosis altes de radiacions d’alta LET. La distribució dels anells en les cèl·lules irradiades amb raigs γ van mostrar que s’ajustaven a una Poisson, el que permet aplicar la metodologia per estimar la dosi en casos d’irradiació no homogènia. Els resultats obtinguts en les simulacions d’irradiació parcial, van mostrar una acurada estimació de la dosi rebuda en la fracció irradiada, el que reforça el seu us per estimar la dosi en exposicions parcials a dosis altes de radiacions de baixa LET.

In biodological dosimetry (BD), the scoring of dicentric chromosomes in metaphases of peripheral blood lymphocytes is the best method to estimate the dose of recent and acute exposures to ionizing radiation (IR). However, this method has some limitations. One of this limitations is the difficulty to obtain metaphases after very high doses (> 5-6 Gy), due to the delay or inability to reach metaphase of very damaged cells. Premature chromosome condensation (PCC) technique allows the analysis of chromosome aberrations (CA) in interphase cells. The PCC can be induced chemically with calyculin-A or acid okadaic. For BD studies its necessary the elaboration of dose-effect curves. It should be emphasized that few dose-effect curves using PCC techniques has been done and they show some differences in the observed dose-effect relationship. In the present thesis, peripheral blood lymphocytes were irradiated at high doses of γ-rays and α particles. In addition, for γ-rays simulated partial body exposures were done. First, the relationship of the dose and different chromosomal morphologies which can be attributed to different stages of the cell cycle: cells in G2 (G2 / M-PCC) cells in metaphase (M) and cells attributed to a late M phase or anaphase (M / a-PCC) was studied. Later the CA were analysed. More in depth, the frequency of chromosome ring (rings) and extra chromosome fragments (extra fragments) in interphase cells and the frequency of dicentric chromosomes (dicentric) in metaphase cells, and afterwards calibration dose-effect curves for the different CA were stablished. Cells exposed to α particles showed more difficulties to reach metaphase than the ones exposed to γ-rays. M/A-PCC cells were only observed in the γ-rays study, and their proportion was relatively constant at different doses. For γ-rays, the frequency of rings of M/A-PCC cells was higher than the one observed for G2/M-PCC cells. This indicates that cells M/A-PCC cells could be cells in G2 phase with disaligned chromatides. The frequency of the all CA considered increased with dose for both types of radiation and for all types of cell morphologies. For γ-ray, the linear coefficient of dose-effect curves for rings was higher for M/A-PCC cells than for G2/M-PCC but similar to the one described using ocadaic acid. Because M/A-PCC cells were not observed in cells irradiated with α-particles and the proportion of these type of cells is higher when acid okadaic is used, we consider that the methodology of PCC technique should be harmonized to be used in BD. Regarding to the dose-effect curves for extra fragments and for both types of radiation, the α coefficients of G2/M-PCC cells was higher than the one obtained for cells in metaphase, being this superiority more evident in cells irradiated with α particles. This high frequency of extra fragments suggests that this type of CA could be used as a biomarker to high doses exposures of high LET radiation. The distribution of rings in cells irradiated by γ-rays fits to a Poisson distribution, which indicates that the methodology can be applied for the estimation of the dose in cases of non-homogeneous irradiation. The results obtained in partial body simulations showed an accurate estimation of the received dose from the irradiated fraction, which reinforces its use to estimate the dose in partial body exposures of low LET radiation.