Abstract
Here, we compared the effectiveness of 50 MeV($p{\to}RBe^+$) cyclotron fast neutrons versus $^{60}Co$ ${\gamma}$-rays by the apoptotic fragment frequency in both rat peripheral lymphocytes and crypt cells to check a radiobiological endpoint. The incidence of apoptotic cell death was increased in all irradiated groups, and radiation at all doses trigger rapid changes in both crypt cells and peripheral lymphocytes. These data suggest that apoptosis may play an important role in homeostasis of damaged radiosensitive target organ by removing damaged cells. The curve of dose-effect relationship for these data of apoptotic fragments frequencies was $y=0.3+(6.512{\pm}0.279)D(r^2=0.975)$ after neutrons, while $y=0.3+(4.435{\pm}0.473)D+(-1.300{\pm}0.551)D^2(r^2=0.988)$ after ${\gamma}$-rays. In addition, $y=3.5+(118.410{\pm}10.325)D+(-33.548{\pm}12.023)D^2(r^2=0.992)$ after ${\gamma}$-rays in rat lymphocytes. A significant dose-response relationship was found between the frequency of apoptotic cell and dose. These data show a trend towards increase of the numbers of apoptotic cells with increasing dose. Dose-response curves for high and low linear energy transfer (LET) radiation modalities in these studies were different. The relative biological effectiveness (RBE) value for crypt cells was 1.919. In addition, there were significant peaks on apoptosis induction at 4 and 6h after irradiation, and the morphological findings of the irradiated groups were typical apoptotic fragments in crypt cells that were hardly observed in the control group. Thus, apoptosis induction in both crypt cells and peripheral lymphocytes could be a useful endpoint of rat model for studying screening test and microdosimetic indicator to evaluate the biological effects of radiation-induced cell damage.
방사선 피폭선량의 예측을 위한 방사선 민감 지표 모델 개발을 위하여 코발트-60 감마선과 의료용 싸이크로트론 50 MeV($p{\to}RBe^+$) fast neutron을 0.25 Gy에서 1 Gy의 선량을 랫드에 각각 전신 조사한 후 말초혈액내 임파구와 소장에 음와세포의 형태학적 변화를 apoptotic fragment assay법을 이용하여 관찰하였다. 모든 방사선조사군에서 음와세포와 말초 임파구에 아포토시스의 유도가 증가된 것이 관찰되었으며, 이것은 방사선이 방사선 민감세포의 아포토시스 유도를 자극한 것으로 보인다. 상기의 결과는 아포토시스가 손상된 세포를 제거하므로 손상된 방사선 민감 표적 장기의 항상성 유지에 중요한 역할을 하는 것으로 판단되었다. Apoptotic fragments의 발생빈도에 대한 선량-반응곡선에 있어서 음와세포는 중선자 조사군이 $y=0.3+(6.512{\pm}0.279)D(r^2=0.975)$으로, 반면에 감마선 조사군은 $y=0.3+(4.435{\pm}0.473)D+(-1.300{\pm}0.551)D^2(r^2=0.988)$의 식을 얻었다. 그리고 말초 임파구에서는 감마조사군이 $y=3.5+(118.410{\pm}10.325)D+(-33.548{\pm}12.023)D^2(r^2=0.992)$의 식으로 나타났다. 이와 같이 감마선조사군은 공히 linear quadratic model 이였으나 중성자조사군은 linear model 로 관찰되었다. 조사된 세포의 종류와 상관없이 apoptotic fragments의 발생빈도와 조사 선량간의 유의한 효과가 있는 것으로 확인되었다. 이상의 결과에서 조사선량의 증가와 비례하여 방사선 민감 세포의 apoptotic fragments가 수적으로 증가하였으며, 고준위 방사선이 저준위 방사선보다 선량 반응 곡선과 시간 경과에 따른 영향이 보다 강한 것으로 인지되었으며, 음와세포의 apoptosis 유도에 대한 중성자선의 방사선 생물학적 효과비(RBE)는 1.919 였다. 그리고 모든 방사선조사군에서 방사선피폭 후 4시간과 6시간에 apoptosis 유도가 가장 많았으며, 음와세포의 형태학적 소견은 정상 대조군에서 관찰되지 않는 전형적인 apoptotic fragments가 나타났다. 따라서 음와 세포와 말초 임파구에서의 아포토시스 유도는 방사선 조사에 의한 세포 손상의 생물학적 영향 평가를 위한 검색 및 방사선 피폭선량 예측의 지표로 이용 가능할 것으로 사료됨.