DNA damage induction during localized chronic exposure to an insoluble radioactive microparticle

不溶性放射性微粒子による慢性局所被ばく中のDNA損傷誘発

松谷 悠佑  ; 佐藤 志彦   ; 浜田 信行*; 伊達 広行*; 石川 正純*; 佐藤 達彦   

Matsuya, Yusuke; Satou, Yukihiko; Hamada, Nobuyuki*; Date, Hiroyuki*; Ishikawa, Masayori*; Sato, Tatsuhiko

不溶性放射性微粒子(Cs含有粒子)は、呼吸器系に吸引された後、長期にわたって気管に付着し、微粒子周辺の正常組織に不均一な線量分布をもたらすと考えられている。このような微粒子によってもたらされる生物影響は不明なままであるため、本研究では、均一な被ばくとの比較の中で、微粒子による局所的慢性被ばく下において蓄積される核内DNA損傷を研究した。我々は、微粒子を含むマイクロキャピラリーを、正常肺細胞を含む培養皿に配置し、24時間もしくは48時間被ばく後に核内誘発-H2AX focusの有意な変化を観察した。モンテカルロ計算と均一被ばくとの比較から、微粒子による局所被ばく下では、遠位細胞に対する細胞間シグナル誘発DNA損傷と近位細胞に対するDNA損傷誘発の低減(防御効果)の両者が誘発されることが示唆された。微粒子による臓器線量は微量であることから、従来の放射線リスク評価で十分であると思われる。本研究により、不溶性Cs含有粒子による不均一暴露下でのDNA損傷の空間分布を定量化することに初めて成功した。

Insoluble radioactive microparticles (so called Cs-bearing particles) have been assumed to adhere in the long term to trachea after aspirated into respiratory system, leading to heterogeneous dose distribution within healthy tissue around the particles. The biological effects posed by such a particle remain unclear. Here, we show cumulative DNA damage in cultured cells proximal and distal to the particle under localized chronic exposure in comparison with uniform exposure. We placed the particle-contained microcapillary onto a glass-base dish containing normal human lung cells in vitro, and observed a significant change in nuclear -H2AX foci after 24 h or 48 h exposure to the particle. The dose calculation by a Monte Carlo simulation and the comparison with nuclear foci under uniform exposure suggested that the localized exposure to a Cs-bearing particle leads to not only signal-induced DNA damage to distal cells but also the reduction of DNA damage induction yield to proximal cells (protective effects). Considering the small organ dose, the conventional radiation risk assessment is adequate. This study is the first to quantify the spatial distribution of cumulative DNA lesions under heterogeneous exposure by insoluble Cs-bearing particles.