Radiation-Induced Comet-Formation in Human Skin Fibroblasts from Radiotherapy Patients with Different Normal Tissue Reactions

Background: In clinical radiotherapy most patients tolerate the applied dosage with no or moderate side effects. However, 5 to 10% of all individuals show increased acute and/or late reactions. In-vitro test systems are investigated for their suitability for predictive purposes. This paper attempts a correlation between the induction and repair of DNA damage measured in the comet assay and the clinical observed reaction in order to evaluate the suitability of the comet assay for prediction of radiation sensitivity. Patients and Methods: Skin fibroblasts of 30 patients with average tissue reactions or acute and/or late increased side effects and cell lines of 4 individuals carrying the heritable disease ataxia telangiectasia (AT) were irradiated in vitro. The induction and repair of DNA damage was measured at different time points after irradiation in the comet assay (single cell gel electrophoresis). These results were compared to the acute and late clinical reactions classified according to the RTOG grading system. Results: The radiation induced DNA damage decreased over time reflecting DNA repair. Cells of the AT individuals showed an elevated damage induction and a reduced repair capacity compared to patients with average tissue reactions. Fibroblasts of patients with increased acute and late side effects exhibited slower DNA repair. In addition to the known lack of cell cycle control, our results indicate that AT cells show reduced DNA repair capacity. Conclusions: The comet assay seems to be able to detect some types of increased individual radiation sensitivity. In contrast to other predictive in-vitro tests, the comet assay needs less time and fewer cells, which would be useful in a clinical setting.Hintergrund: Eine strahlentherapeutische Behandlung wird von der Mehrzahl der Patienten mit keinen oder nur geringen Nebenwirkungen überstanden. Bei 5 bis 10% der Behandelten zeigen sich jedoch stärkere Akut- und/oder Spätnebenwirkungen. Verschiedene In-vitro-Tests werden untersucht, um die individuelle Strahlensensibilität schon prätherapeutisch zu bestimmen. In dieser Arbeit wird der mit dem Comet Assay gemessene induzierte und reparierte DNS-Schaden in in vitro bestrahlten Patientenfibroblasten mit den klinisch beobachteten Nebenwirkungen korreliert und somit seine Eignung als prädiktiver Test für Strahlensensibilität überprüft. Patienten und Methodik: Die Hautfibroblasten von insgesamt 30 Patienten mit durchschnittlichen Strahlenreaktionen oder mit erhöhten Früh- und/oder Spätnebenwirkungen sowie von vier Patienten mit Ataxia teleangiectatica wurden in vitro bestrahlt. Indukion und Reparatur des DNS-Schadens wurden zu verschiedenen Zeitpunkten nach Bestrahlung mit dem Comet Assay gemessen. Die Ergebnisse wurden mit den klinischen Akut- und Spätnebenwirkungen (klassifiziert nach der RTOG-Graduierung) dieser Patienten verglichen. Ergebnisse: Der strahleninduzierte DNS-Schaden nahm im Laufe der Zeit durch DNS-Reparatur wieder ab. Die Zellen der homozygoten AT-Träger zeigten im Vergleich zu den übrigen Patienten eine erhöhte Schadensinduktion und eine verminderte Reparaturkapazität. Zusätzlich zum Verlust der Zellzykluskontrolle scheinen AT-Zellen eine verminderte DNS-Reparaturkapazität zu haben. Die Fibroblasten der Patienten mit überdurchschnittlichen Akut- und/oder Spätnebenwirkungen zeigten im Vergleich zu den Patienten mit durchschnittlicher Strahlenreaktion eine langsamere DNS-Reparatur. Schlußfolgerungen: Mit Hilfe des Comet Assay scheint sich die individuelle Strahlensensibilität bestimmen zu lassen. Im Gegensatz zu anderen prädiktiven Tests braucht diese Methode weniger Zeit und Zellen und erleichtert somit den klinischen Einsatz.