Abstract
To evaluate if the apoptotic fragment assay could be used to estimate the dose prediction after radiation exposure, we examined apoptotic mouse crypt cells per 1,000 cells after whole body $^{60}Co$ $\gamma$-rays and 50MeV ($p{\rightarrow}Be^+$) cyclotron fast neutron irradiation in the range of 0.25 to 1 Gy, respectively. The incidence of apoptotic cell death rose steeply at very low doses up to 1 Gy, and radiation at all doses tigger rapid changes in crypt cells in stem cell region. 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 the data of apoptotic fragments was obtained by the linear-quadratic model $y=0.18+(9.728{\pm}0.887)D+(-4.727{\pm}1.033)D^2$ ($r^2=0.984$) after $\gamma$-rays irradiation, while $y=0.18+(5.125{\pm}0.601)D+(-2.652{\pm}0.7000)D^2$ ($r^2=0.970$) after neutrons in mice. The dose-response curves were linear-quadratic, and 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 crypt cells with increasing dose. Both the time course and the radiation dose-response curve for high and low linear energy transfer (LET) radiation modalities were similar. The relative biological effectiveness (RBE) value for crypt cells was 2.072. In addition, there were significant peaks on apoptosis induction at 4 and 6h after irradiation, and the morpholoigcal findings of the irradiated groups were typical apoptotic fragments in crypt cells that were hardly observed in the control group. Thus, apoptosis in crypt cells could be a useful in vivo model for studying radio-protective drug sensitivity or screening test, microdosimetric indicator and radiation-induced target organ injury. Since the apoptotic fragment assay is simple, rapid and reproducible in the range of 0.25 to 1 Gy, it will also be a good tool for evaluating the dose response of radiation-induced organ damage in vivo and provide a potentially valuable biodosimetry for the early dose prediction after accidental exposure.
방사선 피폭선량의 예측을 위한 방사선 민감 지표 모델 개발의 일환으로 apoptotic fragment assay법이 방사선에 피폭된 후 체내 피폭선량을 예측할 수 있는 지표로의 이용 가능성을 평가하기 위하여 코발트-60 감마선과 의료용 싸이크로트론 50MeV($p{\rightarrow}Be^+$) fast neutron 을 0.25Gy에서 1Gy의 선량을 마우스에 각각 전신 조사한 후 소장 음와세포내 apoptotic crypt cell의 수적 변화를 관찰하였다. 저선량 조사군에서 apoptotic crypt cell의 출현 빈도가 1Gy까지 급격하게 증가한 것으로 보아 방사선이 stem cell 지역에 있는 crypt cell의 형태학적 변화를 유발하는 것으로 나타났다. 이상의 결과는 아포토시스가 손상된 세포를 제거하므로 손상된 방사선 민감 표적 장기의 항상성 유지에 중요한 역할을 하는 것으로 판단되었다. Apoptotic fragments의 발생빈도에 대한 선량-반응 곡선에 있어서 음와세포는 중성자조사군이 $y=0.18+(9.728{\pm}0.887)D+(-4.727{\pm}1.033)D^2$ ($r^2=0.984$)으로, 반면에 감마선조사군은 $y=0.18+(5.125{\pm}0.601)D+(-2.652{\pm}0.7000)D^2$ ($r^2=0.970$)의 식을 얻었다. 이와 같이 중성자조사군과 감마선조사군은 공히 linear quadratic model 로 관찰되었다. apoptotic fragments 의 발생빈도와 조사 선량간에 유의한 효과가 있는 것으로 확인되었다. 이상의 결과에서 조사선량의 증가에 비례하여 방사선 민감 세포의apoptotic fragments 가 수적으로 증가하였으며, 고준위 방사선과 저준위 방사선은 선량 반응 관계식과 시간 경과에 따른 영향이 매우 유사하였으며, 마우스 음와세포의 apoptosis 유도에 대한 중성자선의 방사선 생물학적 효과비(RBE)는 2.072이였다. 그리고 모든 방사선조사군에서 방사선피폭 후 4시간과 6시간에 apoptosis 유도가 가장 많았으며, 음와세포의 형태학적 소견은 정상 대조군에서 관찰되지 않는 전형적인 apoptotic fragments 가 나타났다. 따라서 음와 세포에서의 아포토시스 유도는 방사선 피폭으로 발생된 세포 손상의 생물학적 영향 평가검색, 방사선 방호제의 민감도 검사, 방사성 동위원소의 체내 오염에 대한 체내 피폭선량 예측의 지표 및 방사선 민감 표적장기의 손상정도 파악에 이용 가능할 것임. Apoptotic fragment assay 법은 0.25Gy에서 1Gy 까지의 선량에서 간편하고 빠르며 재현성이 있는 지표로서 방사선 민감 표적 장기의 선량 반응 평가와 방사선 피폭후 조기 피폭선량 예측을 위한 방사선 생물학적 선량측정법의 좋은 지표로 사용할 수 있을 것으로 사료됨.