[국내논문]마우스 골수세포의 중기염색체 분석 및 미소핵 검사를 이용한 피폭선량 평가법의 개발 Development of a Noble Dosimetry Using Metaphase Analysis and Micronuclei Assay of Bone Marrow Cells in Mice원문보기
목적: 마우스를 전신조사한 다음 골수세포를 추출하여 중기염색체 분석법과 미소핵 검사법으로 방사선량별 염색체 이상의 빈도를 관찰하고 이를 통하여 표준선량반응곡선을 얻어내어 방사선이 인체 골수세포에 미치는 영향을 추정하기 위해 이 연구를 시행하였다. 대상 및 방법: ICR계 마우스를 대상으로 각각 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10 Gy를 조사하고 대퇴골의 골수를 추출하여 중기염색체 분석법을 시행하였고, 0, 1, 2, 3, 4, Gy를 조사한 후 미소핵 분석법을 시행하였다. 각각의 조사량에 따라 중기염색체에서 이중 중심체형 염색체와 반지형 염색체를 계수하였고, 다염성적혈구에서 관찰된 미소핵을 계수하였다. 결과: 중기염색체에서 이중 중심체형 염색체와 반지형 염색체의 빈도를 나타내는 Ydr 값은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10 Gy에서 각각 0.002, 0.107, 0.33, 0.625, 1.055, 1.662, 5.843이었고 선량-반응관계를 선형회귀분석한 결과 방사선량(D)과 염색체이상 빈도(YDR)와의 관계는 YDR=0.0176+0.0324D+0.0567$D^2$ (r=1.0, p<0.001)으로 나타났다. 다염성적혈구에서 관찰된 미소핵은 0, 1, 2, 3, 4, Gy에서 각각 0.001, 0.062, 0.218, 0.478, 0.841로 방사선량(D)과 미소핵의 빈도(mn)와의 관계는 F(mn)=0.0019+0.0073D+0.00506$D^2$ (r=1.0, p<0.001)로 나타나 선량에 따른 염색체이상의 빈도는 이차함수식으로 증가함을 알 수 있었다. 두 가지의 검사방법간에는 매우 강한 상관관계를 나타내었다(r=0.99, p<0.01). 결과: 마우스의 골수세포에서 중기염색체 분석법과 미소핵 검사법은 생체 내의 피폭선량을 평가하는데 매우 유용하였고, 이 두 가지 검사법 중 어느 방법을 사용하여도 방사선에 의한 생물학적 효과를 평가할 수 있을 것으로 사료되었다.
목적: 마우스를 전신조사한 다음 골수세포를 추출하여 중기염색체 분석법과 미소핵 검사법으로 방사선량별 염색체 이상의 빈도를 관찰하고 이를 통하여 표준선량반응곡선을 얻어내어 방사선이 인체 골수세포에 미치는 영향을 추정하기 위해 이 연구를 시행하였다. 대상 및 방법: ICR계 마우스를 대상으로 각각 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10 Gy를 조사하고 대퇴골의 골수를 추출하여 중기염색체 분석법을 시행하였고, 0, 1, 2, 3, 4, Gy를 조사한 후 미소핵 분석법을 시행하였다. 각각의 조사량에 따라 중기염색체에서 이중 중심체형 염색체와 반지형 염색체를 계수하였고, 다염성적혈구에서 관찰된 미소핵을 계수하였다. 결과: 중기염색체에서 이중 중심체형 염색체와 반지형 염색체의 빈도를 나타내는 Ydr 값은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10 Gy에서 각각 0.002, 0.107, 0.33, 0.625, 1.055, 1.662, 5.843이었고 선량-반응관계를 선형회귀분석한 결과 방사선량(D)과 염색체이상 빈도(YDR)와의 관계는 YDR=0.0176+0.0324D+0.0567$D^2$ (r=1.0, p<0.001)으로 나타났다. 다염성적혈구에서 관찰된 미소핵은 0, 1, 2, 3, 4, Gy에서 각각 0.001, 0.062, 0.218, 0.478, 0.841로 방사선량(D)과 미소핵의 빈도(mn)와의 관계는 F(mn)=0.0019+0.0073D+0.00506$D^2$ (r=1.0, p<0.001)로 나타나 선량에 따른 염색체이상의 빈도는 이차함수식으로 증가함을 알 수 있었다. 두 가지의 검사방법간에는 매우 강한 상관관계를 나타내었다(r=0.99, p<0.01). 결과: 마우스의 골수세포에서 중기염색체 분석법과 미소핵 검사법은 생체 내의 피폭선량을 평가하는데 매우 유용하였고, 이 두 가지 검사법 중 어느 방법을 사용하여도 방사선에 의한 생물학적 효과를 평가할 수 있을 것으로 사료되었다.
Purpose: The purpose of this study was to develop in vivo dosimetries using both chromosomal aberrations and micronuclei in mice to assess biological effects of radiations. Materials and Methods: Five each mice were irradiated with 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10 Gy of Cs-137 gamma-rays. We scored numbers of c...
Purpose: The purpose of this study was to develop in vivo dosimetries using both chromosomal aberrations and micronuclei in mice to assess biological effects of radiations. Materials and Methods: Five each mice were irradiated with 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10 Gy of Cs-137 gamma-rays. We scored numbers of chromosomal aberrations in metaphase spreads and numbers of micronuclei in bone marrow smears under light microscope, and obtained the dose-response relationships. We also examined the relationship between the two dose-response curves. Results: The frequency of both chromosomal aberrations and micronuclei increased with dose, in a linear-quadratic manner The delta, beta, and alpha coefficients were 0.0176, 0.0324, and 0.0567 for metaphase analysis (r=1.0, p<0.001) and 0.0019, 0.0073, and 0.0506 for micronuclei assay (r=1.0, p<0.001). The frequency of chromosomal aberrations and micronuclei in different radiation doses was significantly correlated (r=0.99, p<0.01). Conclusion: In vivo dosimetry using either metaphase analysis or micronucleus assay was feasible in mice. These methods could be useful to evaluate biological effects of radiation.
Purpose: The purpose of this study was to develop in vivo dosimetries using both chromosomal aberrations and micronuclei in mice to assess biological effects of radiations. Materials and Methods: Five each mice were irradiated with 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10 Gy of Cs-137 gamma-rays. We scored numbers of chromosomal aberrations in metaphase spreads and numbers of micronuclei in bone marrow smears under light microscope, and obtained the dose-response relationships. We also examined the relationship between the two dose-response curves. Results: The frequency of both chromosomal aberrations and micronuclei increased with dose, in a linear-quadratic manner The delta, beta, and alpha coefficients were 0.0176, 0.0324, and 0.0567 for metaphase analysis (r=1.0, p<0.001) and 0.0019, 0.0073, and 0.0506 for micronuclei assay (r=1.0, p<0.001). The frequency of chromosomal aberrations and micronuclei in different radiation doses was significantly correlated (r=0.99, p<0.01). Conclusion: In vivo dosimetry using either metaphase analysis or micronucleus assay was feasible in mice. These methods could be useful to evaluate biological effects of radiation.
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문제 정의
따라서 저자들은 마우스를 직접 방사선 조사한 다음 염색체 이상과 미소핵을 관찰하여 표준 선량 반응곡선을 얻어내어 방사선 피폭시 불안정염색체나 미소핵의 빈도로부터 생물학적 선량측정을 함으로써 피폭자의 흡수선량을 신속, 정확하게 평가할 수 있는 피폭선량 평가법을 개발하고자 본 연구를 시행하였다.
Preston 21)등은 방사선을 포함한 독성물질에 의한 염색체 이상 유발을 나타내는데 생체내 실험의 경우 골수세포가 가장 적합하고 생체외 실험에 있어서는 림프구를 포함한 백혈구와 포유동물 세포주가 적합하며, 골수세포와 림프구에서의 염색체 이상 유발의 결과가 상호 부합됨을 보고하였다. 따라서 본 연구자들은 전신 피폭의 동물모델에서 골수세포에서 관찰된 불안정 염색체와 미소핵의 빈도가 방사선량별로 어떠한 변화를 가지는지, 그리고 이 두 가지의 검사법이 어느 정도의 상관관계를 가지는지가 관심의 대상이 되었다.
제안 방법
. 중기염색체 분석법은 각각의 방사선 조사군에 5마리의 마우스를 대상으로 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10 Gy를 조사하고 대퇴골의 골수를 추출하여 시행하였고, 미소 핵 검사법은 0, 1, 2, 3, 4 Gy를 조사한 후 대퇴골의 골수를 추출하여 시행하였다.
Gy/h, Gammacell 3000 Elan, Nordion, Cana-da)를 사용하였다. 방사선을 조사하고 24시간 후에 마우스를 희생시킨 다음 골수를 시험관에 추출하여 15% 우태아혈청 (fetal bovine serum)이 첨가된 RPMI 1640 배지에 혼합하였다.
염색된 표본은 현미경하에서 100배의 배율로 관찰하여 핵분열 중기의 세포를 찾아 1000배로 확대 관찰하였다. 이때 세포당 염색체 수가 46개 전후인지 확인하고 그 숫자가 부족하거나 염색체 밀도가 염색체 이상의 빈도를 판정하기에 부적합한 것은 관찰에서 제외시켰다.
이때 세포당 염색체 수가 46개 전후인지 확인하고 그 숫자가 부족하거나 염색체 밀도가 염색체 이상의 빈도를 판정하기에 부적합한 것은 관찰에서 제외시켰다. 마우스의 중기세포에서 관찰된 반지형과 이 중 중심체형 염색체의 숫자를 계수하고 각 군의 평균치를 서로 비교하였다. 하나의 염색체 중에서 3개 이상의 중심체가 보일 때에는 그 중심체의 수효에서 1을 뺀 횟수만큼을 이 중 중심체형 염색체로 간주하였다.
중기염색체 분석법과 같은 방법으로 현미경 하에서 관찰하여 마우스 골수세포에서 다염성적혈구를 1,000개씩 세어서 그 중 세포질에 존재하는 미소핵을 계수하였다.
관찰한 세포당 불안정 염색체의 빈도(YDR)와 흡수선량(D)과의 관계식, 즉 표준선량반응곡선, Ydr= r +β D+a D2을 얻고 α, β 및 r 값은 선형 회귀분석에 의해 구했다.
관찰한 다염성적혈구에서의 미소핵의 빈도 (F (mn))와 흡수선량(D)과의 관계식, 즉 표준 선량 반응곡선, F(mn)= r +β D+a D2을 얻고 α,β 및 r값은 선형회귀분석에 의해 구했다.
중기염색체 분석법에서 불안정 염색체의 빈도와 미소 핵 검사법에서 미소핵의 빈도간에 상관관계를 상관분석을 통하여 시행하였다.
대상 데이터
ICR계 수컷 마우스를 대상으로 하였다. 중기염색체 분석법은 각각의 방사선 조사군에 5마리의 마우스를 대상으로 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10 Gy를 조사하고 대퇴골의 골수를 추출하여 시행하였고, 미소 핵 검사법은 0, 1, 2, 3, 4 Gy를 조사한 후 대퇴골의 골수를 추출하여 시행하였다.
방사선 조사는 Cs-137 조사기 (central dose rate= 654 Gy/h, Gammacell 3000 Elan, Nordion, Cana-da)를 사용하였다. 방사선을 조사하고 24시간 후에 마우스를 희생시킨 다음 골수를 시험관에 추출하여 15% 우태아혈청 (fetal bovine serum)이 첨가된 RPMI 1640 배지에 혼합하였다.
성능/효과
생물학적 선량계로서 두 검사법의 호환성을 알아보기 위해 상관관계 분석을 해본 결과 중기 염색체분석법과 미소핵 검사법에서 계수된 방사선량에 따른 불안정염색체의 출현빈도와 미소핵의 출현 빈도 사이에는 매우 강한 상관관계를 보였다 (r=0.99, p<0.01).
본 연구에서는 마우스를 Cs-137 r-ray로 전신조사한 다음 골수세포를 추출하여 중기염색체 검사법과 미소핵 검사법을 통하여 방사선량별 염색체 이상의 빈도를 관찰하고 이를 통하여 표준 선량 반응곡선을 얻어내어 방사선이 인체 골수세포에 미치는 영향을 파악하며 이 두 가지 검사법이 이미 인체 말초혈액을 이용한 피폭선량을 평가하는데 적합함을 입증하였고, 특히 이 두 가지의 방법이 매우 강한 상관관계를 나타내는 바 서로 보완적으로 사용할 수 있음을 확인하였다.
또한 3 Gy 이상의 고선량에서는 관찰 세포의 60%이상에서 염색체 이상이 관찰되었고, 5 Gy 이상에서는 관찰한 세포의 대부분에서 염색체이상이 관찰되었다. 따라서 급성 전신조사시 골수 증후군이 발생하는 선량이자 마우스의 LD50 범위인 7 Gy를 조사받을 경우 모든 골수세포에서 불안정 염색체가 발견된다는 사실을 알 수 있다.
따라서 미소핵 검사법은 고선량 피폭 시의 방사선량을 측정하는데 부적합함을 알 수 있다. 방사선량(D)과 미소핵의 빈도(F(mn))와의 관계식 F(mn)= r +β D+a D2 에서는 a 값은 0.0506 이었고 β 값은 0.0073이었으며 r 값은 0.0019이었고, 중기 염색체 분석법과 미소핵 검사법에서의 표준 선량 곡선의 관계식은 매우 강한 상관관계를 나타내었다(r=0.99, p<0.01).
후속연구
중추신경증후군이나 위장관증후군이 발생할 정도로 고선량에 피폭된 경우에는 어떠한 조치를 취하여도 피폭자를 살릴 수 있는 가능성이 거의 없으나 골수 증후군이 생길 정도의 선량에 피폭된 경우에는 적극적인 의학적 조치들을 취함으로써 치명적인 단계를 극복하여 피해자의 생존율을 높일 수 있다. 이때 피폭자의 흡수선량을 빨리 그리고 정확하게 알 수 있다면 치료가 없이도 곧 회복이 가능한 피해자들에 대하여는 가능한 한 최소한의 의료를 제공하면서 관찰하고, 적극적인 의료조치를 취할 경우 회생 가능성이 비교적 큰 치료자들에 대하여는 조기에 치료를 행함으로써 인적 그리고 물적 의료자원을 효율적으로 활용할 수 있겠다.22) 따라서 방사선 피폭 사고 후 단시간내에 피폭량을 확인할 수 있는 생물학적 선량계측 체계가 필요하며 말초혈액 림프구에 나타나는 염색체 이상의 빈도를 이용한 선량계 측은 이러한 목적에 매우 적합하고, 골수를 이용한 검사법이 말초혈액을 이용한 피폭선량을 평가하는데 적합하다는 이전의 연구21)를 근거로 하여 방사선에 가장 민감한 골수세포를 이용한 표준 선량 반응곡선은 방사선에 의한 장해의 정도를 예측하는데 유용한 자료가 될 수 있을 것으로 사료되었다.
이때 피폭자의 흡수선량을 빨리 그리고 정확하게 알 수 있다면 치료가 없이도 곧 회복이 가능한 피해자들에 대하여는 가능한 한 최소한의 의료를 제공하면서 관찰하고, 적극적인 의료조치를 취할 경우 회생 가능성이 비교적 큰 치료자들에 대하여는 조기에 치료를 행함으로써 인적 그리고 물적 의료자원을 효율적으로 활용할 수 있겠다.22) 따라서 방사선 피폭 사고 후 단시간내에 피폭량을 확인할 수 있는 생물학적 선량계측 체계가 필요하며 말초혈액 림프구에 나타나는 염색체 이상의 빈도를 이용한 선량계 측은 이러한 목적에 매우 적합하고, 골수를 이용한 검사법이 말초혈액을 이용한 피폭선량을 평가하는데 적합하다는 이전의 연구21)를 근거로 하여 방사선에 가장 민감한 골수세포를 이용한 표준 선량 반응곡선은 방사선에 의한 장해의 정도를 예측하는데 유용한 자료가 될 수 있을 것으로 사료되었다. 물론 실험실마다 같은 선량수준에서 실험하더라도 방사선의 조사방법, 배양 및 수확방법의 차이, 관찰 자간의 차이 등으로 선량-반응관계식의 계수는 큰 차이가 있을 수 있겠으나 각자의 방법으로 구해낸 표준 선량 반응곡선을 이용하여 계산된 피폭량은 일치한다.
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