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NATO BIOSIMETRIE-STUDIE: VALIDIERUNG VON BIODOSIMETRIEVERFAHREN FÜR DIE MEDIZINISCHE TRIAGE IM RAHMEN DES STRAHLENUNFALLMANAGEMENTS

NATO Biodosimetry Study: Validation of biodosimetry techniques for medical triage in the frame of ­medical management of radiation accidents



Aus dem Institut für Radiobiologie der Bundeswehr, in Verbindung mit der Universität Ulm, München (Leiter: Oberstarzt Prof. Dr. med. V. Meineke)



Christina Beinke, Michael Abend



WMM, 58. Jahrgang (Ausgabe 5/2014, S. 152-158)

Zusammenfassung



Hintergrund: Nach einem Strahlenunfall sind zeitnahe Expositionsabschätzungen ein wichtiger Ansatz für die Diagnose akuter Gesundheitsschäden und die Einleitung einer spezifischen Therapie und Abschätzung möglicher Gesundheitsfolgen.

Im Rahmen der NATO „Research and Technology Organization“ wurde vom Institut für Radiobiologie der Bundeswehr (InstRadBioBw) eine Studie zur Eignung etablierter und neuer biologischer Dosimetrieverfahren als eine Säule für die medizinische Triage organisiert.
Methoden: Die zwei am besten validierten Methoden, Dizentrikanalyse und Mikrokerntest, wurden mit zwei
molekularen Verfahren, DNA-Doppelstrangbruch-Analyse
(γ-H2AX-Foci) und Genexpressionsanalyse, verglichen.
Ergebnisse: Die neuen Verfahren liefern Ergebnisse 8-13mal schneller, sind aber 2-3mal ungenauer als die etablierten Methoden. Hinsichtlich der klinisch relevanten Unterscheidung von Expositionsgruppen liefern die vier Methoden vergleichbar gute Ergebnisse.
Schlussfolgerungen: Die Dizentrikanalyse ist nach wie vor der Goldstandard der individuellen Biodosimetrie. Dennoch ist eine Modifizierung der Methode erstrebenswert, um bestehende Limitierungen zu verringern. Die neuen Verfahren müssen weiter validiert werden, da sie aufgrund ihres geringen Zeitaufwandes und möglichen Einsatzes als Hochdurchsatzmethode ein großes Potential besitzen.
Schlagworte: Strahlenunfall, Strahlenunfallmanagement, Biodosimetrie, Triage, Dosisabschätzung

Summary

Background: Whenever a person has been exposed to significant levels of ionizing radiation, a specific therapy will be required and potential health consequences have to be considered. Rapid dose estimations represent a tool for medical decision-making in this regard. The Bundeswehr Institute for Radiobiology (InstRadBioBw) has organized a comprehensive study in order to determine characteristics and suitability of established and new emerging biodosimetry methods under the umbrella of the NATO “Research and Technology Organization”.
Methods: We compared the reliability of the two best validated biodosimetry techniques, dicentric chromosome analysis and micronucleus assay, with two new emerging assays, DNA-double strand break analysis (γ-H2AX-foci) and gene expression analysis, for individual rapid triage biodosimetry.
Results: The developing assays are 8-13 times faster, but 2-3 fold less accurate. All in all, the four methods provide comparable results with regard to the discrimination of clinically relevant treatment categories, accurate enough for an initial triage.
Conclusions: The DCA is still the goldstandard for individual biodosimetry. However, it is preferable to improve the established methods in order to reduce existing limitations and to further validate especially the emerging methods, because they have a great potential regarding speed and the capability of a very high sample throughput in emergency cases.
Keywords: Radiation accident, medical management, biodosimetry, triage, radiation dose assessment

Einführung

Angehörige der Bundeswehr sind aufgrund ihres erweiterten Aufgabenspektrums, aktueller Bedrohungslagen und möglicher militärischer Einsätze in der Folge akzidenteller Ereignisse wie dem Reaktorunglück in Fukushima dem potenziellen Risiko einer Strahlenexposition ausgesetzt. Das Spektrum reicht dabei von einer externen Exposition, bedingt durch Umgebungsstrahlung oder Kontamination mit radioaktivem Material, bis hin zur internen Exposition nach Inkorporation von Radionukliden. Diesen Expositionen gemeinsam ist die letztendlich medizinische Konsequenz von strahlenbedingten Früh- (akute Strahlenkrankheit) bzw. Spätschäden (genetische Schäden, Krebsentstehung).
Nach einer akzidentellen Strahlenexposition stellen zeitnahe individuelle Expositionsabschätzungen eine wichtige diagnostische Säule der Triage und der Abschätzung möglicher Gesundheitsfolgen dar. Hier kommen spezialdiagnostische Biodosimetrie-Verfahren in einem multiparametrischen Ansatz ergänzend zur klinischen und ggf. physikalischen Dosimetrie zum Einsatz. Unter biologischer Dosimetrie versteht man den Nachweis einer Strahlenexposition gegenüber ionisierender Strahlung und die Quantifizierung der absorbierten Dosis anhand biologischer (zytogenetischer oder molekularer) Indikatoren (Abb. 1). Abhängig vom Expositionsszenario, z. B. einem akuten Massenanfall von möglichen Strahlenunfallopfern, einem akuten Individualereignis oder einer Jahrzehnte zurückliegenden chronischen Exposition, muss eine geeignete Biodosimetrie-Methode ausgewählt werden. Zu beachten ist, dass mit steigender Zahl von potenziell strahlenexponierten Personen die geforderte Genauigkeit, Spezifität und Sensitivität einer Dosimetriemethode zu Gunsten der Kapazität sowie schnellen Verfügbarkeit von Testergebnissen in den Hintergrund tritt. Dabei ist der Massenanfall von potenziell Strahlenverunfallten eine besondere Herausforderung, da mit Hunderten oder noch mehr Betroffenen, von sog. „worried well“ (keine oder geringe Strahlenexposition) bis hin zu Patienten mit schweren Gesundheitsstörungen, zu rechnen ist. Dann können unter Anwendung einer schnellen Hochdurchsatz-Screening-Methode Personen ohne oder mit geringer Überexposition von den Individuen unterschieden werden, die dringend therapeutischer Maßnahmen bedürfen. Nur so können die zur Verfügung stehenden medizinischen Ressourcen optimal eingesetzt und genutzt werden.
Im Rahmen der NATO „Research and Technology Organization – Human Factors and Medicine Panel“ (heute: „Science and Technology Organization“), Arbeitsgruppe „Radiation Bioeffects and Countermeasures“ [1], wurde vom InstRadBioBw unter Beteiligung von zwölf Institutionen aus sechs NATO-Staaten (Tab. 1), eine Studie zur Eignung etablierter und neuer Biodosimetrieverfahren für die medizinische Triage organisiert (Abb. 2), wobei Teile der Studie vom NIHR Centre for Research in Health Protection gefördert wurden. Die zwei am besten validierten zytogenetischen Methoden, Dizentrikanalyse (DCA) und Cytokinese-Block Mikrokerntest (CBMN) (2), wurden mit zwei neuen molekularen Verfahren, DNA-Doppelstrangbruch-Analyse (γ-H2AX-Foci) und Genexpressionsanalyse, in zwei Ansätzen verglichen: I. Ringversuche für jede einzelne Methode (Intra-Assay), II. direkter Vergleich der vier Methoden (Inter-Assay). In diesem Artikel werden im Wesentlichen die Ergebnisse des Inter-Assay Vergleiches gezeigt und diskutiert. Die Ergebnisse der einzelnen Ringversuche wurden zusammen mit dem Inter-Assay Vergleich in einer Manuskript-Serie veröffentlicht [3 - 7].

Methoden

Studienverlauf
Vor Beginn des praktischen Teils gab jede teilnehmende Institution an, welche der vier Methoden in dem betreffenden Labor durchgeführt werden sollte (Tab. 1). Zunächst wurden zehn in vitro bestrahlte Blutproben (bekannte Dosen) an die Labore versandt, um (optional) die Erstellung von Kalibrierkurven zu ermöglichen. Danach wurden zehn in vitro bestrahlte aber kodierte Blutproben (identische Strahlenquelle, Dosen nicht ersichtlich) für die Triage Biodosimetrie verschickt (Abb. 3). Die Teilnehmer wurden angewiesen, nach Probenerhalt die Methoden so durchzuführen, wie sie im Labor etabliert worden waren (ohne zusätzliche Standardisierung/Harmonisierung der Arbeitsschritte), und die abgeschätzten Strahlendosen mittels vorgegebenem Formblatt so schnell wie möglich über E-Mail an InstRadBioBw zu übermitteln. Später wurden weitere Daten wie Zwischenergebnisse, Kalibrierdaten und methodische Details abgefragt und Informationen bez. der Erfahrung der Labore mit den verwendeten Biodosimetrieverfahren gesammelt (Fragebogen).

Strahlenexposition und Probenversand
Peripheres Blut wurde von einem gesunden Donor in Heparin-Röhrchen entnommen und aliquotiert (Einverständniserklärung und genehmigter Ethikantrag lagen vor). Die homogene Strahlenexposition erfolgte mit Röntgenstrahlung mittlerer Photonenenergie von 100 keV im InstRadBioBw (240 kVp,
1 Gy/min, 13 mA, Gerätetyp MB350/1 in Isovolt 320/10 Gehäuse; Agfa NDT Pantak Seifert GmbH & Co.KG, Ahrensburg), gefiltert mit 7 mm Beryllium und 2 mm Aluminium. Die absorbierten Dosen wurden mit einem Duplex-Dosimeter (PTW, Freiburg) gemessen. Die Blutproben zur optionalen Kalibrierkurven-Erstellung wurden mit 9 Dosen zwischen 0,25 - 5 Gy (plus 0 Gy) bestrahlt, während die 9 Dosen für die Blindproben zwischen 0,1 und 6,4 Gy (plus 0 Gy) lagen. Nach Strahlenexposition wurde das Blut 2 h bei 37 °C inkubiert (Reparaturzeit zur Simulation von in vivo Bedingungen). Anschließend wurden die Proben entsprechend der geforderten Versandtemperatur (DCA, CBMN: Raumtemperatur; Genexpression, γ-H2AX: auf Eis) der einzelnen Methoden gemäß den Richtlinien (UN-Regulation P650) verpackt, bevor sie über Nacht mit einem Kurierservice versandt wurden. Hinzugefügte Temperaturlogger (TL30, 3M, Neuss) und Filmdosimeter (Helmholtz Zentrum München) dienten der Überwachung der Transportbedingungen.

Analysen
1. Zur Bestimmung der benötigten Zeitdauer für die Bereitstellung der Testergebnisse wurde die Differenz zwischen der jeweiligen Angabe auf dem FedEx-Bericht zur Probenauslieferung und dem Eingang der Testergebnisse via E-Mail im InstRadBioBw ermittelt.
2. Die Genauigkeit der geschätzten Strahlendosen wurde mittels MAD angegeben. Der MAD ist die mittlere absolute Abweichung der abgeschätzten Dosen von den tatsächlich applizierten Dosen. Im Folgenden werden die zehn gelieferten Dosisabschätzungen (entsprechend der zehn Blindproben) eines teilnehmenden Labors als ein Laborbeitrag bezeichnet. Der MAD wurde jeweils für einen Laborbeitrag berechnet: Summe der absoluten Abweichungen jeder einzelnen Abschätzung (wahre Dosis minus geschätzte Dosis) geteilt durch zehn (Anzahl der Dosisabschätzungen). Es wurden auch Laborbeiträge einbezogen, die von einzelnen Laboren nach den Triage-Dosisabschätzungen zusätzlich geliefert wurden. Diese basierten z. B auf einer alternativen Durchführung der jeweiligen Methode, z. B. vollautomatisierte bildanalytische Auswertung (DCA, CBMN) oder auf einer zweiten Standard-Kalibrierkurve (DCA, γ-H2AX).
3. Die Fähigkeit, klinisch relevante Expositionsgruppen zu trennen wurde anhand der Aufstellung binärer Expositionskategorien, die entweder klinisch oder epidemiologisch relevante Aussagen ermöglichen, analysiert. Als zu unterscheidende Expositionsgruppen wurden folgende binäre Kategorien gewählt: a) exponiert / nicht exponiert, b )Dosis  < 0,1 Gy / > 0,1 Gy, c) Dosis < 1,5 Gy / > 1,5 Gy, d) Dosis 2 - 4 Gy / > 4 Gy. Sensitivität, Spezifität und Genauigkeit der Ergebnisse wurden, basierend auf den abgeschätzten Strahlendosen und der Aufstellung von 2x2 Tabellen für die „wahren positiven“ TP, „wahren negativen“ TN, „falsch positiven“ FP und „falsch negativen“ FN, bestimmt. Die Berechnung der Prozentangaben erfolgte nach folgenden Gleichungen: Genauigkeit = TP+TNx100/(Zahl aller Dosisabschätzungen), Sensitivität = TPx100/(TP+FN) und Spezifität = TNx100/(TN+FP).

Ergebnisse

Inter-Assay Vergleich

Probentransport
Die Temperaturlogger bestätigten, dass bei Transport auf Eis (Genexpression, γ-H2AX) eine Temperatur von 10 °C nicht überschritten wurde und dass die bei Raumtemperatur versandten Proben (DCA, CBMN) durchgehend einer Temperatur von 18 - 20 °C ausgesetzt waren. Mitgeführte Filmdosimeter zeigten keine zusätzliche Strahlenexposition während des Transportes an. Die Transportdauer betrug ca. einen Tag innerhalb Europas (Niederlande 19,5 h, Belgien/Frankreich/UK 21 h, Italien 25 h) und bis zu 1,5 Tage in die USA (Westküste 29 - 31 h) und nach Kanada (Ottawa 32 h).

Zeitdauer bis zur Übermittlung der Dosisabschätzungen
Nach Erhalt der kodierten Blutproben übersandten elf Labore Dosisabschätzungen. Je sechs Labore führten die DCA und CBMN durch, vier die γ-H2AX-Foci-Analyse und acht die Genexpressionsanalyse (Tab. 1). Die schnellsten Ergebnisse basierend auf den molekularen Methoden, γ-H2AX und Genexpression, gingen nur 7 - 8 h nach Probenerhalt via E-Mail im InstRadBioBw ein. Die Ergebnisse der zytogenetischen Methoden, DCA und CBMN, erhielten wir 2,4 bzw. 4 Tage nach Probenerhalt (Abb. 4).

Genauigkeit der Dosisabschätzungen
Die Auswertung aller eingegangenen Laborbeiträge ergab die geringsten MAD-Werte und die geringste Anzahl von Dosisabschätzungen, welche außerhalb des ±0,5 Gy-Intervalls liegen (ausreichend genau für die Triage-Dosimetrie) für die DCA (MAD 0,16 Gy/0-6 Dosisabschätzungen außerhalb ± 0,5 Gy). Es folgte der CBMN (0,34 Gy/1-6 falsche Ergebnisse), Genexpression (0,34 Gy/1-8 falsche Ergebnisse) und die γ-H2AX-Analyse (0,45 Gy/2-8 falsche Ergebnisse). Sowohl der MAD als auch die Anzahl der Dosisabschätzungen außerhalb des ±0,5 Gy-Intervalls sank mit der Analyse der 50. und 25. Perzentilen (Tab. 2). Mit der DCA als Referenzmethode zeigten die neuen, molekularen Methoden einen 2 - 3 fach größeren MAD und somit geringere Genauigkeit (Abb. 5), was mit dem CBMN als Referenzmethode weniger signifikant ausfiel (Daten nicht gezeigt).

Trennung klinisch relevanter Expositionsgruppen
Die wichtigste Aufgabe der Triage im Rahmen des Strahlenunfallmanagements ist die Klassifizierung von potenziell strahlenexponierten Personen im Hinblick auf die Notwendigkeit einer akuten medizinischen Behandlung und weiterer diagnostischer Tests. Die Identifizierung von Personen, die nur gering strahlenexponiert waren, ist aus epidemiologischen Gründen für den Beginn einer Langzeitbeobachtung anzustreben. Zur Beurteilung der vier Dosimetriemethoden bzgl. ihrer Fähigkeit, die kodierten Blutproben einer bestimmten Kategorie zuzuweisen, ordneten wir die Dosisabschätzungen binären Expositionskategorien mit den korrespondieren Schwellendosen von 4 Gy, 1,5 Gy  und 0,1 Gy sowie exponiert/nicht exponiert zu. Anschließend wurde die Genauigkeit, Spezifität und Sensitivität der Klassifizierung mittels der einzelnen Methoden bestimmt (Tab.3). Die Auswertung wurde für Genexpression und γ-H2AX auf die sog. „high performance“ Labore, für die DCA auf die manuelle und für die CBMN auf die semiautomatische und manuelle Auswertung beschränkt, um die tatsächlichen Charakteristika der Methoden zu beschreiben und nicht laborspezifische Einflüsse mit aufzunehmen. Alle vier Methoden zeigten eine ähnlich gute Genauigkeit (90-94 %) und Sensitivität (94-100 %) bzgl. der Klassifizierung in die Kategorien exponiert/nicht exponiert. Die Genexpressions- und γ-H2AX-Analyse lieferten für alle binären Kategorien ähnliche Ergebnisse wie der CBMN. Im Vergleich zum DCA wurden eine ca. 10 % geringere Genauigkeit und Sensitivität für die höheren Schwellendosen von 1,5 Gy (γ-H2AX) und 4 Gy (γ-H2AX, Genexpression) beobachtet.

Intra-Assay Vergleiche (Ringversuche)

Für alle vier Methoden konnte gezeigt werden, dass ein Versand von Blutproben bei den gewünschten Bedingungen zur erfolgreichen Durchführung einer Dosisabschätzung möglich ist. Allerdings wurde in einem Einzelfall ein Paket nicht ausgeliefert, da das Personal an der Annahmestelle nicht instruiert worden war. Die zeitnahe und eindeutige Übermittlung der Ergebnisse in einem vorgegebenen Formblatt verlief weitgehend planmäßig. Die Ringversuche für die einzelnen Methoden zeigten für alle Verfahren eine beträchtliche Varianz in den MAD-Werten zwischen den einzelnen Laboren. Diese Varianz zeigte sich an der 3-fachen Differenz zwischen dem kleinsten und größten MAD-Wert. Diese Differenz wurde jeweils kleiner mit Analyse der 50. und 25. Perzentilen, der sog. „high performance” Labore.

Diskussion

Das Ziel der NATO-Studie war der Vergleich etablierter (DCA, CBMN) und neuer Verfahren (Genexpression, γ-H2AX) für die Triage Biodosimetrie. Die DCA ist gegenwärtig die international anerkannte Methode der Wahl für die individuelle Biodosimetrie. Die Induktion dizentrischer Chromosomen durch Bestrahlung ist sehr spezifisch, die aberranten Chromosomen sind bis zu einigen Monaten nach Exposition im Blut nachweisbar und die untere Nachweisgrenze liegt bei 0,1 Gy. Die Methodendurchführung wurde in der Vergangenheit harmonisiert [2], standardisiert (ISO 19238) und eine Vielzahl von Ringversuchen wurden weltweit durchgeführt [9 - 11]. Auch der CBMN ist weitgehend harmonisiert und neben der DCA und der γ-H2AX-Foci-Analyse im Rahmen der EU-Projekte MULTIBIODOSE und RENEB [12, 13] validiert worden. Die dagegen neuen, molekularen Methoden, Genexpression [14, 15] und γ-H2AX-Foci [16],stellen aber eine vielversprechende Ergänzung dar. Diese Methoden werden zum einen an Interphase-Zellen durchgeführt, wodurch die zeitintensive Zellteilungsphase von 48-70 h entfällt, und sind zum anderen bedingt durch die Messung molekularer Endpunkte eher für eine Automatisierung durch parallele Probenaufarbeitung und -auswertung geeignet. Damit werden 2 wichtige Voraussetzungen für die Weiterentwicklung zur Hochdurchsatzmethode für die Triage-Biodosimetrie erfüllt, und zwar eine hohe Geschwindigkeit und eine große Kapazität. Unsere Ergebnisse bestätigten und quantifizierten erstmalig in einem direkten Vergleich diesen Vorteil der molekularen Methoden. Die Zeitdauer für die Bereitstellung der Dosisabschätzungen mittels γ-H2AX- und Genexpressionsanalyse war mit 7 - 8 Stunden um ein Vielfaches schneller (8 - 13 fach) im Vergleich zu den zytogenetischen Verfahren (DCA: 2,4 Tage, CBMN: 4 Tage).

Alle vier Methoden zeigten einen Unterschied des MAD um den Faktor 3 zwischen den Laboren. Das bedeutet, dass nicht nur die intrinsische Präzision einer Methode allein, sondern auch die laborspezifische Erfahrung und Ausrichtung sowie die Methodendurchführung die Genauigkeit der Ergebnisse beeinflusst. Die Varianz zwischen den Laboren bzgl. einer Methode war ähnlich oder größer als die Varianz zwischen den verschiedenen Verfahren an sich, durchgeführt von den sog. „Besten Laboren“. Die Auswertung des Fragebogens ergab, dass die Varianz der Genauigkeit der Ergebnisse zumindest teilweise durch die Erfahrung eines Labors bedingt ist, was die Zahl an bereits absolvierten Ringversuchen und die Zeitdauer, die eine Methode bereits in einem Labor routinemäßig angewendet wird, widerspiegelt. Es wird deutlich, dass eine mehrjährige Erfahrung notwendig ist, um sowohl die etablierten als auch die neueren Methoden zuverlässig durchzuführen. Gleichzeitig bestimmt aber auch die Methode selbst (Harmonisierung, Standardisierung) die mögliche Qualität der Dosimetrie. Daher wurden nicht nur alle eingegangen Laborbeiträge in ihrer Gesamtheit ausgewertet, sondern die Analyse zusätzlich auf die 50. und 25. Perzentilen bzgl. eines Verfahrens beschränkt, um durch Vergleich der Labore, die die Verfahren am akkuratesten ausführten, soweit wie möglich die intrinsischen Methodencharakteristika der etablierten und neuen Methoden zu vergleichen.

Die mittels DCA erhaltenen Dosisabschätzungen waren 2 - 3 fach genauer als die Ergebnisse der neuen Verfahren und auch des CBMN. Mit Wahl des CBMN als Referenzmethode wurde dieser Vorteil der Zytogenetik weniger signifikant (für γ-H2AX) bzw. nicht signifikant (für die Genexpression). Für die DCA wurde, verglichen mit allen drei anderen Methoden, auch die geringste Zahl an Dosisabschätzungen beobachtet, die außerhalb des ±0,5 Gy Intervalls lagen. Bei Betrachtung der 50. und 25. Perzentilen wurde dieser Effekt weniger signifikant. Folglich können unter optimalen Bedingungen die neuen Verfahren bereits in ihrem noch frühen Etablierungsstadium für die Biodosimetrie Dosisabschätzungen mit einer Genauigkeit vergleichbar zum CBMN liefern, wenn auch 2 - 3 fach ungenauer als die DCA. Die obere Anwendungsgrenze aller Methoden liegt unterhalb der höchsten Blindproben-Dosis von 6,4 Gy, welche von allen Verfahren systematisch unterschätzt wurde. Für die zytogenetischen Methoden ist bekannt, dass die obere Grenze für die Dosisbestimmung im Bereich von 4 - 5 Gy liegt [2].

Für eine akkurate Dosimetrie und für epidemiologische Follow up Studien sind möglichst genaue individuelle Dosisbestimmungen notwendig. Für die Klinik aber liefern breitere Dosisbereiche oft schon hinreichend Informationen, um zu dringenden diagnostischen oder therapeutischen Entscheidungen beizutragen. Aus diesem Grund wurden binäre Expositionskategorien gebildet, welche mit zunehmender Dosisschwelle Bereiche widerspiegeln, in denen in ihrer Schwere ansteigende Gesundheitsfolgen zu erwarten sind. Trotz ihres geringeren Validierungs- und Standardisierungsstadiums konnten die neuen, molekularen Methoden die Blindproben dem CBMN vergleichbar richtig klassifizieren. Im Vergleich zum DCA wurden allerdings eine ca. 10 % geringere Genauigkeit und Sensitivität für die höheren Schwellendosen von 1,5 Gy (γ-H2AX) und 4 Gy (γ-H2AX, Genexpression) beobachtet. Für die Klassifizierung in diese Kategorien ist die DCA somit am besten geeignet. Im Hinblick auf die Identifizierung sog. „worried well“ lieferte dagegen die Genexpressionsanalyse sehr gute Ergebnisse (Tab. 3, exponiert/nicht exponiert; < 0,1 Gy /> 0,1 Gy).

Aus organisatorischen Gründen weist das für diese Studie gewählte Expositionsszenario einige Limitierungen auf. Das Blut wurde lediglich einem einzigen Donor entnommen, um die methodische Varianz zu untersuchen und eine mögliche interindividuelle Varianz auszuschließen [14, 17]. Aus demselben Grund beschränkten wir die Bestrahlung der Blindproben auf eine homogene Exposition und verzichteten auf heterogen bestrahlte Proben zur Simulation von Teilkörperexpositionen. Im Falle von heterogenen Expositionen könnten die Ergebnisse beträchtlich variieren, denn die Fähigkeit zum Nachweis und zur Abschätzung der Dosis heterogener Expositionen konnte bislang nur für die DCA bzw. die γ-H2AX-Analyse gezeigt werden [1, 8, 19]. Da bei beiden Methoden diese Fähigkeit auf der Grundlage der Verteilung der Strahlenmarker, dizentrische Chromosomen bzw. DNA-Foci, geschieht, kann auch die geringe auszuwertende Zellzahl im Triage-Modus den Nachweis und die Dosisabschätzung heterogener Strahlenexpositionen erschweren [20]. Für ein besseres Verständnis des Einflusses einer heterogenen Strahlenexposition und assoziierter Ungenauigkeiten auf die Abschätzung der absorbierten Dosis mit Hilfe der Biodosimetrie müssen in zielgerichteten Studien weitere Daten erhoben werden und die statistischen Methoden verbessert werden [21].

Zusätzlich zu den Verfahren der Biodosimetrie wandte InstRadBioBw ein eigens entwickeltes Software Modul (H-Modul) an, um den Schweregrad zu erwartender Strahleneffekte (hämatologisches Syndrom der akuten Strahlenkrankheit (ASK)) auf der Grundlage von Blutbild-Veränderungen vorherzusagen. Das H-Modul wurde durch Korrelation von Blutbild-Veränderungen tatsächlicher Strahlenopfer, entnommen der Datenbank SEARCH (System for Evaluation and Archiving of Radiation Accidents based on Case Histories) [22, 23], mit tatsächlich aufgetretenen klinischen Symptomen entwickelt. Für diese Studie wurden Blutbild-Veränderungen von 10 dokumentierten Strahlenunfallopfern verwendet. In 80 % wurde der Strahlenschaden bereits nach Vorliegen des ersten Differentialblutbildes korrekt eingeschätzt. Das H-Modul ergänzt die Frühdiagnostik unserer institutseigenen MedA Task Force

Schlussfolgerungen

Die DCA ist nach wie vor der unverzichtbare Goldstandard der individuellen Biodosimetrie. Dennoch müssen die neuen Verfahren weiterentwickelt/validiert werden, da sie aufgrund ihres geringen Zeitaufwandes und möglichen Einsatzes als Hochdurchsatzmethode, ein großes Potential besitzen. Diese Eigenschaften sind essentiell, um in einer Notfallsituation mit einer großen Zahl potentiell strahlenexponierter Personen dem behandelnden Arzt eine schnelle Entscheidungshilfe für das weitere Vorgehen zu bieten. Da außerdem eine einzelne Methode niemals ausreicht, um einen radiologisches Szenario umfassend zu analysieren, müssen in einem multiparametrischen Ansatz alle verfügbaren Informationen zusammengefasst und ausgewertet werden.
Das Institut für Radiobiologie der Bundeswehr, die singuläre nationale Ressource auf dem Gebiet des medizinischen Strahlenunfallmanagements, konnte in dieser sehr erfolgreich durchgeführten Übung wiederum seine herausgehobene Position auch im internationalen Vergleich unter Beweis stellen. Als wehrmedizinisches Ressortforschungsinstitut stellt es seine Fähigkeiten der Bundeswehr und subsidiär dem zivilen Bereich zur Verfügung. In 2013 wurde das Institut von der Bundesregierung der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEA) in Wien gegenüber als nationales Responseteam für Strahlenunfälle benannt.

Danksagung
Wir danken Sven Senf, Cornelia Grothe, Paul Zander und Julia Hartmann für die technische und organisatorische Zusammenarbeit.

Interessenkonflikt: Die Autoren erklären, dass sie zu keiner der in dem Artikel genannten Firmen in wirtschaftlichen Beziehungen stehen und somit kein Interessenkonflikt besteht.

Datum: 09.07.2014

Quelle: Wehrmedizinische Monatsschrift 2014/5