Strahlungsinduzierte Zellschädigungen

Dieses Vorhaben untersucht die Wirkung ionisierender Strahlung auf Zellen mit dem Ziel der Aufklärung der Mechanismen sowie einer gezielten Modifikation der Strahlenwirkung. Dies erfordert die Quantifizierung der Strahlenwirkung auf zellulärer und subzellulärer Ebene in Abhängigkeit von der Strahlenqualität, wobei die Nutzung des breiten Spektrums der an der Strahlungsquelle ELBE verfügbaren, strahlenbiologisch interessanten Strahlenarten von besonderer Bedeutung ist. In einem ersten Schwerpunkt wird die relative biologische Wirksamkeit von Röntgenstrahlung in Abhängigkeit von der Photonenenergie erforscht. Als Voraussetzung wird eine dedizierte Quelle intensiver, quasi-monochromatischer Channeling-Röntgenstrahlung (CR) an ELBE realisiert.

Wesentliche Ergebnisse:

Die durch Bestrahlung von Brustdrüsenepithelzellen an Röntgenröhren hervorgerufenen Strahlenschäden zeigen eine gesteigerte Wirksamkeit von Mammographie-Röntgenstrahlen ebenso wie erhebliche Unterschiede zwischen verschiedenen Schadensarten und einen deutlichen Einfluss des Energiespektrums der polychromatischen Röntgenstrahlung (A. Lehnert et al., Radiat. Environ. Biophys. 45 (2006) 253).

Die für strahlenbiologische Experimente an ELBE notwendigen Bestrahlungsprozeduren und dosimetrischen Verfahren wurden etabliert und in Zellbestrahlungen mit 34 MV Bremsstrahlung erfolgreich getestet. Die dabei bestimmte Häufigkeit strahleninduzierter Schäden ist erheblich geringer als bei Bestrahlungen mit 200 kV Röntgenröhrenstrahlung und zeigt eine gesteigerte biologische Wirksamkeit dieser häufig als Referenzstrahlung eingesetzten Röntgenstrahlung.

Aufbauend auf den Messungen der physikalischen Eigenschaften der CR (B. Azadegan et al., Phys. Rev. B 74 (2006) 045209) wurde im Jahr 2006 weltweit erstmalig eine intensive CR-Quelle monochromatischer Röntgenstrahlung technisch realisiert und die über Stunden stabile Strahlerzeugung mit einer für Zellbestrahlungen erforderlichen hohen Intensität demonstriert. Darüber hinaus gelang die Messung und quantenmechanische Berechnung der Energiespektren der in Quarzkristallen für verschiedene Ebenen erzeugten CR (W. Wagner et al., Europhysics Letters 78 (2007) 56004). Darauf aufbauend konnte als unmittelbare Vorbereitung von Experimenten zur Intensitätssteigerung der CR durch Ultraschallanregung ein Resonator zur Kristallanregung bei 5 GHz realisiert werden.