| Popis: |
Την τελευταία δεκαετία, ο αριθμός των ατόμων που εκτίθενται ετησίως σε ιοντίζουσα ακτινοβολία στο πλαίσιο επεμβατικών καρδιολογικών πράξεων για διαγνωστικούς και θεραπευτικούς σκοπούς, βαίνει διαρκώς αυξανόμενος. Δεδομένα υψηλής στατιστικής ισχύος καταδεικνύουν γραμμική συσχέτιση της έκθεσης σε ιοντίζουσα ακτινοβολία με την αύξηση του κινδύνου καρκινογένεσης σε δόσεις ≥100mSv. Ο καθορισμός της αντίστοιχης συσχέτισης σε χαμηλότερες δόσεις, όπως αυτές ασθενών και προσωπικού στην επεμβατική καρδιολογία, αποτελεί αντικείμενο εντατικής έρευνας διεθνώς. Η συσχέτιση της έκθεσης σε χαμηλές δόσεις με την καρκινογένεση θα μπορούσε να υποστηριχθεί από επιδημιολογικές μελέτες, που όμως απαιτούν αυξημένη στατιστική και πολυετή παρακολούθηση. Εναλλακτικά, η συσχέτιση αυτή θα μπορούσε να υποστηριχθεί από το μηχανισμό καρκινογένεσης με βάση ραδιοβιολογικά πειραματικά δεδομένα, διερευνώντας κατά πόσο οι χαμηλές δόσεις μπορούν να ενεργοποιήσουν το μηχανισμό αυτό, καθώς επίσης και με την ανίχνευση βιολογικών επιπτώσεων μετά από χαμηλές δόσεις για την εκτίμηση του κινδύνου στην επεμβατική καρδιολογία. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η διερεύνηση της επίδρασης των χαμηλών δόσεων ιοντίζουσας ακτινοβολίας σε μοριακό, χρωμοσωματικό και κυτταρικό επίπεδο. Ο πειραματικός σχεδιασμός επικεντρώνεται στη μελέτη επαγωγής και επιδιόρθωσης βλαβών στο DNA μέσω της φωσφορυλίωσης της ιστόνης γ-Η2ΑΧ και τη δημιουργία χρωμοσωματικών αλλοιώσεων, μικροπυρήνων και ασύμμετρων κυτταρικών διαιρέσεων με πιθανό επακόλουθο τη «χρωμοθρύψη» και την τυχαία αναδιάταξη του γενετικού υλικού. Για το σκοπό αυτό, ελήφθησαν δείγματα περιφερικού αίματος από 30 ασθενείς που υποβλήθηκαν σε προγραμματισμένες αιμοδυναμικές πράξεις στο Αιμοδυναμικό Εργαστήριο του Ωνασείου Καρδιοχειρουργικού Κέντρου. Επιπρόσθετα, δείγματα αίματος από ανεξάρτητους δότες ακτινοβολήθηκαν in vitro με χαμηλές δόσεις ιοντίζουσας ακτινοβολίας στο εργαστήριο του Εθνικού Κέντρου Έρευνας Φυσικών Επιστημών «Δημόκριτος». Ο μέσος αριθμός των χρωμοσωματικών αλλοιώσεων, των γ-Η2ΑΧ foci και των μικροπυρήνων του δείγματος ασθενών μετά την έκθεση τους ήταν αυξημένος σε στατιστικά σημαντικό βαθμό έναντι του μέσου αριθμού πριν την αιμοδυναμική πράξη. Ωστόσο, παρατηρήθηκε πως δεν υπήρχε στατιστικά σημαντική διαφορά στον αριθμό των χρωμοσωματικών αλλοιώσεων ανά κύτταρο σε ατομικό επίπεδο, ενώ στατιστικά σημαντική διαφορά στη συχνότητα των μικροπυρήνων παρατηρήθηκε σε ατομικό επίπεδο στο 25% μόλις των ασθενών που μελετήθηκε. Μόνο με τον βιοδείκτη γ-H2AX παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές σε ατομικό επίπεδο για σχεδόν όλους τους ασθενείς (91%). Αυτά τα ευρήματα καταδεικνύουν το πλεονέκτημα της χρήσης των γ-Η2AX foci έναντι των συμβατικών μεθόδων όπως της ανάλυσης δικεντρικών χρωμοσωμάτων και των μικροπυρήνων σε χαμηλές δόσεις ιοντίζουσας ακτινοβολίας, όταν όμως χρησιμοποιηθούν αμέσως μετά την έκθεση. Επιπλέον, 24 ώρες μετά την ιατρική έκθεση διαπιστώθηκε στατιστικά σημαντική μείωση των foci, ο αριθμός των οποίων παρέμεινε ωστόσο στατιστικά σημαντικά υψηλότερος έναντι αυτού πριν την αιμοδυναμική πράξη. Το ποσοστό της επιδιόρθωσης των βλαβών παρουσίασε μεγάλη διακύμανση από 25% έως 95.6%. Τα ακτινοεπαγόμενα αποτελέσματα των γ-H2AX foci ανά κύτταρο στην παρούσα διατριβή δείχνουν μία σημαντική υπερεκτίμηση του κινδύνου για εμφάνιση καρκίνου από τις αιμοδυναμικές πράξεις στο δείγμα των ασθενών που χρησιμοποιήθηκε συγκριτικά με την αντίστοιχη εκτίμηση σύμφωνα με το γραμμικό χωρίς κατώφλι μοντέλο (LNT). Αυτή η υπερεκτίμηση εξηγείται εν μέρει, καθώς η in vitro ακτινοβόληση πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο με χρήση πηγής κοβαλτίου (60Co), και ο κίνδυνος από έκθεση σε ακτίνες –Χ, το RBE, θα ήταν μεγαλύτερος σε σχέση με τον αντίστοιχο κίνδυνο από ακτίνες γ κατά ένα παράγοντα 2 έως 3. Τέλος, προκαταρκτικά αποτελέσματα ανίχνευσης λανθασμένων / ασύμμετρων κυτταρικών διαιρέσεων στις 72 και 96 ώρες μετά από in vitro ακτινοβόληση με δόση 50 mGy υποδεινύουν στατιστικά σημαντική αύξηση αυτών έναντι του υποβάθρου. Το γεγονός αυτό αποτελεί προάγγελο της παρουσίας ανευπλοειδίας η οποία αυξάνεται με τη δόση, ενώ δεν ανευρέθηκαν χρωμοσωματικές αλλοιώσεις με χαρακτηριστικά χρωμοθρύψης στα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στις 96 και 120 ώρες. The increase in the number of patients exposed to ionizing radiation in cardiovascular procedures, either diagnostic or therapeutic, is constantly increasing in the last decade. Τhere is a strong linear correlation between the exposure to ionizing radiation and cancer risk for doses ≥100mSv. The respective correlation concerning low loses, such as those very often delivered to patients and medical staff in interventional cardiology, remains ambiguous. The correlation between the exposure to low ionizing radiation doses and carcinogenesis could be underpinned by epidemiological studies, which however demand high statistic power and patients’follow-up for many years. Alternatively, this relationship could be assessed by studying the mechanism of radiation-induced carcinogenesis and its potential activation with radiobiological experiments and also by detecting and quantitating biological effects essential for risk estimation in interventional cardiology. The aim of the present Ph.D. thesis, is the investigation of the effects of low ionizing radiation doses, at the molecular, chromosomal and cellular level, and the potential activation of carcinogenesis. The experimental design is focused on the radiation-induced DNA damage and repair through the phosphorylation of the H2AX histone to form γ-Η2AX foci and the formation of chromosomal aberrations, micronuclei and asymmetric cell divisions which may lead to «chromothripsis» and the random rearrangement of the genetic material. For this purpose, peripheral blood samples were collected from 30 adult patients, who underwent ordinary interventional cardiology procedures in the laboratory of Onassis Cardiac Surgery Centre. Blood samples from independent donors were also irradiated in vitro with low doses of ionizing radiation at the laboratory of Health Physics, of the National Centre for Scientific Research «Demokritos». The mean values of all patients as a group for the dicentric analysis, the γ-H2AX foci and the micronucleus test showed statistically significant increased yields relative to baseline following medical exposure. However, it was observed that there was no significant increase in the number of chromosomal aberrations at the individual level, whereas only a 25% of the whole group studied showed a significant increase in the micronuclei at the individual level. The results of this study demonstrated that only the γ-H2AX biomarker enables detection of statistically significant differences at the individual level for almost all patients (91%). These observations point up the clear advantage of the use of γ-Η2AX foci over the conventional dicentric and micronuclei assays for low level doses. Furthermore, 24 hours after exposure, residual γ-H2AX foci were still detectable in irradiated lymphocytes. Their repair kinetics was found to vary significantly among the individuals, and their decline ranged from 25% to 95.6% of the maximum values obtained immediately after the exposure. Moreover, the Life Attributable Risk from the interventional procedure based on the γ-H2AX foci induction was found considerably greater than the one estimated using the Linear Non Threshold Model assumption. The remarkable difference in the magnitude of this increase is explained, in part, by the use of 60Co for the in vitro irradiation in this work, since the risk from exposure to x-rays could be greater than that for γ rays. Finally, the in vitro experiments perfomed in order to detect the existence of asymmetric cell divisions for several time intervals post-irradiation pointed that there is a significant increase in asymmetric cell division even after a low dose of 50 mGy. However, the hypothesis tested for radiation-induced carcinogenesis after low dose exposure, by detecting chromothripsis-like chromosomal aberrations, could not be supported by the results obtained. |
