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Zusammenfassung Ziel Im Zuge der Novellierung des Strahlenschutzrechts kam es zu einer Aktualisierung von Grenzwerten, welche Auswirkungen auf die uneingeschränkte Freigabe von Reststoffen nach nuklearmedizinischer Therapie haben können. Zudem gab es in der Vergangenheit Hinweise auf langlebige Begleitnuklide in 153Sm- und 223Ra-Präparaten. Aus diesem Grund war das Ziel dieser Arbeit, eine Analyse der Radionuklidreinheit von ausgewählten Therapiepräparaten durchzuführen. Methode Es wurden 48 Proben von insgesamt 12 verschiedenen Therapiepräparaten untersucht. Die qualitative und quantitative Bestimmung der Begleitnuklide wurde an einem Halbleiterdetektor aus hochreinem Germanium (HPGe-Detektor) durchgeführt. Ergebnis In 90Y-Citrat, 153Sm-Quadramet, 166Ho-QuiremSpheres und 169Er-Erbiumcitrat ließen sich verschiedene Europium-Isotope nachweisen, wobei der größte Anteil mit 7,0 ppm (152Eu), 8,4 ppm (154Eu) und 2,1 ppm (155Eu) in 153Sm gefunden wurde. Als deutliches Begleitnuklid in 169Er zeigte sich 169Yb (513 ppm). Im Falle von 177Lu-Präparaten zeigte sich ein deutlicher Unterschied im Gehalt von 177mLu (0,8 ppm vs. 0,0024 ppm) für zwei Hersteller. Innerhalb der Nachweisgrenzen konnten keine Begleitnuklide bei 90Y-Sphären, 223Ra und 225Ac gefunden werden. Schlussfolgerung Für die gefundenen Begleitnuklide resultiert vielfach eine Überschreitung der Grenzwerte für die uneingeschränkte Freigabe. Das hat zur Folge, das alternative Freigabeverfahren (Verlängerung der Abklingdauer, spezifische Freigabe, Freigabe im Einzelfall) oder eine Abgabe an Landessammelstellen in Erwägung gezogen werden müssen. Zusätzlich sind technische Verfahren zur Reduktion oder Vermeidung von Begleitnukliden ein möglicher Lösungsansatz. Konsequenzen für die Strahlenexposition des Patienten konnten ausgeschlossen werden.

Revisions to German radiation protection laws have resulted in updated limit values, which could affect the unrestricted release of waste produced by nuclear medicine therapy. In addition, signs of long-lived concomitant nuclides in48 samples from 12 different radiopharmaceuticals were examined. A high purity germanium semiconductor detector (HPGe detector) was used for the qualitative and quantitative evaluation of concomitant nuclides.Various europium isotopes were identified inThe limit values for unrestricted release are exceeded manyfold in the case of the identified concomitant nuclides. As a result, alternative release procedures (extension of the decay time, specific release, release in the individual case) or transfer to collection facilities must be considered. Technical methods for reducing or preventing impurities could also be a possible solution. Consequences for patient radiation exposure were able to be ruled out.ZIEL: Im Zuge der Novellierung des Strahlenschutzrechts kam es zu einer Aktualisierung von Grenzwerten, welche Auswirkungen auf die uneingeschränkte Freigabe von Reststoffen nach nuklearmedizinischer Therapie haben können. Zudem gab es in der Vergangenheit Hinweise auf langlebige Begleitnuklide inEs wurden 48 Proben von insgesamt 12 verschiedenen Therapiepräparaten untersucht. Die qualitative und quantitative Bestimmung der Begleitnuklide wurde an einem Halbleiterdetektor aus hochreinem Germanium (HPGe-Detektor) durchgeführt.InFür die gefundenen Begleitnuklide resultiert vielfach eine Überschreitung der Grenzwerte für die uneingeschränkte Freigabe. Das hat zur Folge, das alternative Freigabeverfahren (Verlängerung der Abklingdauer, spezifische Freigabe, Freigabe im Einzelfall) oder eine Abgabe an Landessammelstellen in Erwägung gezogen werden müssen. Zusätzlich sind technische Verfahren zur Reduktion oder Vermeidung von Begleitnukliden ein möglicher Lösungsansatz. Konsequenzen für die Strahlenexposition des Patienten konnten ausgeschlossen werden.

Zusammenfassung Ziel Die neue Strahlenschutz-Gesetzgebung sieht vor, dass eine Risikoanalyse neuer und bestehender Behandlungsverfahren mit offenen Radionukliden hinsichtlich der Patientensicherheit wiederkehrend durchzuführen ist, in welche der Medizinphysik-Experte maßgeblich involviert ist. Material und Methoden Als Werkzeug für die Durchführung der Risikoanalyse wurde die Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) angewendet, wie vom Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) und den Fachgesellschaften empfohlen. Für die Radiojodtherapie, die Radiosynoviorthese, die Peptid-Radiorezeptortherapie und die selektive interne Radiotherapie wurden die Prozesse gegliedert und zunächst individuell durch die verschiedenen am Prozess beteiligten Berufsgruppen und anschließend im Konsens kategorisiert. Für Risikoprioritätszahlen > 125 wurden Gegenmaßnahmen erarbeitet. Die Risikoprioritätszahl (RPZ) ergibt sich als Produkt aus dem Schweregrad, der Auftretenswahrscheinlichkeit und der Entdeckungswahrscheinlichkeit des Fehlers oder der Folgen. Ergebnisse Neben den diversen Möglichkeiten der Verwechslung von Patienten wurden Unsicherheiten in der Aktivitäts- und Organgrößenbestimmung und eine mangelnde Compliance des Patienten als wesentliche Risiken für eine Unter- oder Übertherapie angesehen. Die ausgeprägte Streuung bei individueller Risikobetrachtung durch einzelne Berufsgruppen konnte unter Anleitung durch einen externen Moderator deutlich reduziert werden. Für die höchsten RPZ wurden Maßnahmen formuliert, deren präventive Wirkung im Verlauf noch zu überprüfen ist. Schlussfolgerung Die nuklearmedizinische Therapie wurde in der organisatorischen Durchführung als sehr sicher eingeschätzt und es wurden nur geringe Risiken bzgl. der Patientensicherheit identifiziert. Die FMEA-Analyse war ein praktikables Instrument und identifizierte Prozessschritte mit Optimierungspotenzial für die analysierten Therapieformen. Das geschilderte Vorgehen kann in anderen nuklearmedizinischen Einrichtungen adaptiert werden, wobei strukturspezifische Faktoren (technische und personelle Ausstattung, Ablauf von Prozeduren) zu berücksichtigen sind, sodass ggf. weitere Risiken identifiziert und hier aufgeführte Risiken aufgrund anderer Abläufe als abweichend eingeschätzt werden können.

Introduction Radiation-induced DNA damage occurs from direct and indirect effects. The induction is influenced by the physical characteristics of the radionuclide, especially its linear energy transfer. Hypoxia reduces the effect of irradiation treatment in tumor cells and leads to poor patient outcomes. High linear energy transfer emitters can overcome this obstacle. Our aim is to demonstrate the influence of hypoxia on the interaction of different radiation qualities with isolated DNA. Methods PuC19 Plasmid DNA was irradiated with 223Ra, 188Re, 99mTc and 99mTc-labeled pyrene with and without DMSO under hypoxia or normoxic conditions. DNA damages in form of single-(SSB) and double-strand breaks (DSB) were analyzed by gel electrophoresis. Results Radiation doses up to 200 Gy of 223Ra, 188Re and 99mTc led to maximal yields of 80% SSB and 30%, 28% and 32% DSB, respectively. Hypoxia had minor effects on damages from 223Ra, but caused a small enhancement in DSB for 188Re and 99mTc. DMSO prevented DSB completely and reduced SSB from the “free” radionuclides to comparable levels. DNA-binding 99mTc-labeled pyrene induced less SSB and DSB compared to [99mTc]TcO4−. However, the incubation with DMSO could prevent the SSB and DSB induction only to a minor extent. Conclusions Hypoxia does not limit DNA damage induced by 223Ra, 188Re, 99mTc and 99mTc-labeled pyrene. Dose-dependent radiation effects were comparable for alpha-emitters and both high- and low-energy electron emitters. The radioprotection by DMSO was not influenced by hypoxia. The results indicate the contribution of mainly indirect radiation effects for 99mTc, 188Re and 223Ra. 99mTc-labeled pyrene caused direct DNA damages and Auger-electrons from 99mTc-labeled pyrene are more effective than high-energy electrons or alpha particles. Advances in knowledge Without the consideration of DNA repair mechanisms, oxygen has no direct influence in radiation-induced DNA damages by different radiation qualities. Implications for patient care The short-time stimulation with oxygen during patient radiation could have minor influence compared to constant oxygen flooding to overcome hypoxic barriers.

The combined internal and external radiotherapy (CIERT) take advantage of the benefits from radionuclide therapy and external beam irradiation. These include steep dose gradients and a low toxicity to normal tissue due to the use of unsealed radioisotopes as well as homogeneous dose distribution within the tumor due to external beam irradiation. For a combined irradiation planning, an infrastructure has to be developed that takes into account the dose contributions from both modalities. A physical verification of the absorbed dose distribution should follow by measurements using OSL detectors.Internal irradiation was performed using Re-188 in a cylindrical phantom with three inserts. SPECT images were acquired to calculate the internal dose using the software STRATOS. The dose distribution was exported as DICOM-RT data and imported in the software Pinnacle. Based on the internal dose distribution the external irradiation using 6 MV photons was planned. The dose contributions of both modalities separately as well as for combined irradiation was measured using OSL detectors made out of Beryllium oxide.The planed doses of combined irradiation (1 Gy, 2 Gy, 4 Gy) could be verified within the uncertainty of the detectors. The mean energy response to Re-188 was (88.6 ± 2.4) % with respect to the calibration with 200 kV X-ray irradiation. The energy response to 6 MV photons was (146.0 ± 4.9) %.A workflow for the treatment planning of combined internal and external radiotherapy has been developed and tested. Measurements verified the calculated doses. Therefore, the physical and technical basis for the dosimetry of combined irradiation were worked out.ZIEL: Die kombinierte interne und externe Radiotherapie (CIERT) mittels offenen Radionukliden und externer Bestrahlung ermöglicht die Ausnutzung der Vorteile beider Bestrahlungsansätze. Hierzu zählen steile Dosisgradienten und eine geringe Normalgewebstoxizität durch die Bestrahlung mit offenen Radionukliden sowie die homogene Dosisdeposition innerhalb des Tumors durch externe Bestrahlung. Für eine kombinierte Bestrahlungsplanung soll eine Infrastruktur zur Berücksichtigung der Dosisbeiträge aus beiden Modalitäten geschaffen werden. Anschließend soll die physikalische Verifikation der Dosisverteilung messtechnisch mittels OSL-Detektoren erfolgen.Die interne Bestrahlung erfolgte durch Re-188 in einem Zylinderphantom mit drei zylindrischen Einsätzen. Nach Akquisition von SPECT-Aufnahmen wurde die interne Dosis mittels der SoftwareDie geplante Kombinationsbestrahlung mit 1 Gy, 2 Gy und 4 Gy konnte innerhalb der Messunsicherheit der Detektoren sowohl für die getrennten als auch die kombinierte interne und externe Bestrahlung verifiziert werden. Das mittlere Ansprechvermögen der Detektoren bei der internen Bestrahlung mit Re-188 betrug dabei (88,6 ± 2,4) % gegenüber der Kalibrierung mit 200 kV Röntgenstrahlen, wogegen das Ansprechvermögen für 6 MV Photonen bei (146,0 ± 4,9) % lag.Es wurde ein Ablaufschema für die Bestrahlungsplanung bei der kombinierten internen und externen Radiotherapie entwickelt und erfolgreich getestet. Messtechnisch konnte die Dosisverifikation mittels OSL-Detektoren erfolgreich umgesetzt werden, so dass die physikalisch-technischen Grundlagen für die Dosimetrie bei Kombinationsbestrahlungen gelegt sind.

The application of 225Ac (half-life T1/2 = 9.92 d) dramatically reduces the activity used for peptide receptor radionuclide therapy by a factor of 1000 in comparison to 90Y, 177Lu or 188Re while maintaining the therapeutic outcome. Additionally, the range of alpha particles of 225Ac and its daughter nuclides in tissue is much lower (47–85 μm for alpha energies Eα = 5.8–8.4 MeV), which results in a very precise dose deposition within the tumor. DOTA-conjugated commercially available peptides used for endoradiotherapy, which can readily be labeled with 177Lu or 90Y, can also accommodate 225Ac. The benefits are lower doses in normal tissue for the patient, dose reduction of the employees and environment and less shielding material. The low availability of 225Ac activity is preventing its application in clinical practice. Overcoming this barrier would open a broad field of 225Ac therapy. Independent which production pathway of 225Ac proves the most feasible, the use of automated synthesis and feasible and reproducible patient doses are needed. The Modular-Lab EAZY is one example of a GMP-compliant system, and the cassettes used for synthesis are small. Therefore, also the waste after the synthesis can be minimized. In this work, two different automated setups with different purification systems are presented. In its final configuration, three masterbatches were performed on the ML EAZY for DOTA-TATE and PSMA-I&amp, T, respectively, fulfilling all quality criteria with final radiochemical yields of 80–90% for the 225Ac-labeled peptides.

The aim of this study is to assess if the number of radiation-induced double strand breaks (DSB) in lymphocytes of prostate cancer patients is affected after repeated Ra-223 therapies. In addition, we investigated the repair of ex vivo induced DSB to investigate the repair proficiency in patient's lymphocytes over the therapy course.Before each of six therapy cycles, blood samples were obtained from seventeen patients. After separation of lymphocytes, the cells were subjected to immunofluorescence staining for detection of DSB-marking γH2AX foci. The number of foci per cell per patient sample was determined for each cycle (X1-X6, baseline foci per cell). Additionally, appropriate samples were exposed ex vivo to an X-ray dose of 1 Gy. The number of γH2AX foci per cell were analyzed after 0.5 h, 2 h and 24 h of recovery.Patient-specific linear regression of the baseline foci per cell over the therapy cycles revealed no significant slopes in the regression lines. Likewise, the mean baseline foci per cell of all patients for cycles X2-X6 was not significantly elevated in comparison to the pre-therapeutic value (X1). The differences between the percentages of residual DSB and cycles were not significant, both at 2 h and 24 h repair time. Consideration of the X6/X1 ratios of both the number of lymphocytes and the amount of residual damage at 24 h indicated a significant correlation.Our findings indicate that the number of γH2AX foci per cell was not changed in dependence on the Ra-223 therapy cycles. The ability of patient's lymphocytes to repair ex vivo induced DSB remained unaffected throughout the entire therapy course.ZIEL: Das Ziel dieser Studie ist die Analyse von strahleninduzierten Doppelstrangbrüchen (DSB) in Lymphozyten von Prostatakarzinompatienten im Verlauf der sechs Ra-223 Therapiezyklen (X1-X6). Die Reparaturkapazität der Lymphozyten wurde nach Applikation einer ex vivo Bestrahlung mit 1 Gy Röntgenstrahlung evaluiert.Von 17 Patienten wurden vor jedem Therapiezyklus (X1-X6) Blutproben entnommen, die Lymphozyten isoliert und die DSB-assoziierten γH2AX Foci pro Zelle (Basiswerte) mit Immunfluoreszenzfärbung detektiert. Weiterhin wurden die entsprechenden Lymphozytenproben ex vivo mit 1 Gy Röntgenstrahlung bestrahlt und nach 0,5 h, 2 h und 24 h Reparaturzeit die γH2AX Foci pro Zelle bestimmt.Die Analyse der γH2AX Basiswerte für die einzelnen Patienten zeigte keine signifikanten Anstiege im Therapieverlauf. Die gemittelten γH2AX Basiswerte der Zyklen X2-X6 waren im Vergleich zum prätherapeutischen Wert (X1) nicht signifikant erhöht. Ein signifikanter Einfluss wiederholter Ra-223 Therapien auf die Reparatur ex vivo erzeugter DSB konnte nicht gefunden werden. Die Relation der Lymphozytenanzahl (X6/X1) korreliert mit der Relation residualer DSB (X6/X1) nach 24 h Reparaturzeit.Wiederholt applizierte Ra-223 Therapien zeigten mit dem verwendeten γH2AX Assay als DSB-Marker weder Auswirkungen auf die Basiswerte noch auf das Reparaturvermögen ex vivo induzierter DSB in Lymphozyten der Prostatakarzinom-Patienten.

Zusammenfassung Ziel Untersucht wurde, ob Propidiumiodid (PI) die DNA-schädigende Wirkung von ionisierender und nicht ionisierender Strahlung (Röntgenstrahlung, Alpha-, Beta-, Auger-Elektronen-Strahlung bzw. Licht diverser Wellenlängen) verstärken kann. Diese biophysikalische Versuchsanordnung ermöglicht es zu überprüfen, ob Cherenkov-Strahlung in relevantem Umfang via photodynamischer Effekte und erhöhter DNA-Schädigung nachweisbar ist. Material und Methoden Konformationsänderungen der Plasmid-DNA durch DNA-Schäden wurden mittels Gelelektrophorese und Fluoreszenzfärbung detektiert und quantifiziert. Wasserstoffperoxid, Zinndichlorid und Dimethylsulfoxid wurden als chemische Modulatoren, Tc-99m, Re-188, Ra-223 und Röntgenstrahlung (32 kV und 200 kV) zur Bestimmung der Radiotoxizität und Licht (λ = 254 nm, 366 nm und 530–575 nm) zur Bestimmung der Phototoxizität eingesetzt. Ergebnisse Die Radiotracer und die Röntgenstrahlung verursachten dosisabhängige DNA-Schäden. PI fungierte nicht als Radio-Sensitizer bei den Radionukliden und nur in geringem Maß bei Röntgenstrahlung. Die Phototoxizität war abhängig von der Wellenlänge. Licht im Wellenlängenbereich von 530–575 nm (VIS) resultierte in Kombination mit PI in direkten DNA-Schäden. Die Ausbeuten der Cherenkov-Strahlung lagen weit unter der Photonen-Emission der Lichtbestrahlung und konnten daher von der Radiotoxizität nicht unterschieden werden. Schlussfolgerung PI bindet an Plasmid-DNA, ist nicht chemotoxisch und steigert kaum die Radiotoxizität. Die Phototoxizität und die Wirkung von PI sind abhängig von der Wellenlänge. Keine Art der Energiezufuhr konnte via PI eine Auger-Elektronen-Kaskade induzieren. Auch eine erhöhte DNA-Schädigung durch photodynamische Effekte via Cherenkov-Strahlung war nicht nachweisbar.

Background and purpose Systemic molecular radiotherapy utilizes internal irradiation by radionuclide-labeled tumor-targeting agents with the potential to destroy (micro-)metastases. However, doses that are applicable in solid tumors do not reach the levels nessecary for tumor control. Thus, the combination of molecular and external radiotherapy is a promising treatment strategy, as enhanced tumor doses can be delivered with and without minor overlapping toxicities. Here, we combined a 90Y-labeled anti-EGFR antibody (Cetuximab) with clinically relevant fractionated radiotherapy in a preclinical trial using head and neck squamous cell carcinoma xenograft tumors. Materials and methods To model 90Y-Cetuximab uptake for treatment schedule optimization, FaDu-bearing mice were injected with near-infrared-labeled-Cetuximab at different time points during radiotherapy with differing doses. Cetuximab uptake was longitudinally followed by in vivo-optical imaging. Tumor control probability experiments with fractionated radiotherapy (30 fx, 6 weeks, 8 dose groups/ arm) in combination with 90Y-Cetuximab were performed to test the curative potential. Results Imaging of near-infrared-labeled-Cetuximab uptake revealed that low to moderate external beam doses can enhance antibody uptake. Using the optimized schedule, combination of molecular and external radiotherapy using 90Y-Cetuximab at a dose that did not result in permanent tumor inactivation in previous experiments, led to substantially increased tumor control compared to radiotherapy alone. Conclusion Our results indicate that combination of radiolabeled therapeutics with clinically relevant fractionated radiotherapy has a remarkable potential to improve curative treatment outcome. Application of some radiation dose prior to injection may improve drug uptake and enable patient stratification and treatment personalization via a corresponding PET-tracer during therapy.

Zusammenfassung Ziel Vor dem Hintergrund der neuen Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) ist es sinnvoll, sich erneut einen Überblick über die Strahlenexposition des Personals bei Radiopharmakaherstellungen im radiopharmazeutischen Labor zu verschaffen. Dabei soll die Strahlenexposition im Bereich der Herstellung und Anwendung von Radiopharmaka erfasst werden, um Tätigkeiten mit hoher Exposition zu identifizieren und Arbeitsabläufe zu optimieren. In der Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin am Universitätsklinikum an der TU Dresden wurden dazu Messungen mit optisch stimulierten Lumineszenzdosimetern (OSL) durchgeführt. Material und Methode Es wurden lichtgeschützte OSL-Dosimeter auf die Fingerkuppen von Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger beider Hände und auf der Stirn platziert. Jedes OSL-Dosimeter war zuvor kalibriert worden. Untersucht wurde die Teilkörperexposition der Hände im Präparationslabor bei: 99mTc-Präparationen im Routinebetrieb, Aufziehen von Spritzen zur Radiosynoviorthese und von 90Y-Sirtex-Partikeln sowie Herstellung von 177Lu- und 68Ga-Präparaten. Ergebnisse Es zeigte sich, dass die 99mTc-Präparationen zu einer relativ hohen Exposition führen aufgrund der Zahl der Präparationen und der Zahl an aufgezogenen Spritzen. Das Aufziehen der RSO-Spritzen führt in Abhängigkeit von der Zahl der zu füllenden Spritzen ebenfalls zu nennenswerter Handbelastung. Im Gegensatz dazu ist das Aufziehen der Sirtex-Partikel wenig belastend. Die Strahlenexposition bei 177Lu- und 68Ga-Präparationen hängt insbesondere vom Handling bei der Herstellung, der Verwendung von Modulen und der Art der Qualitätskontrolle ab. Bei der Ermittlung der Augenlinsenexposition wurden mit einer Ausnahme unkritische 0,02 mGy oder weniger gemessen.

With respect to the amendment of the Radiation Protection law it is required to estimate the risks of treatments with ionizing radiation regarding patient safety. This task is in the responsibility of a medical physics expert. The risks were estimated using the Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) as suggested by the Federal Office for Radiation Protection (BfS) and the scientific societies. For Radioiodine Therapy, Radiosynoviorthesis, Peptide Receptor Radionuclide Therapy, and Selective Internal Radiation Therapy, respectively, the involved processes were analyzed, structured and scored. This was done both individually by all people involved in the process and by all participants together. For processes with risk priority numbers 125 countermeasures were introduced. The risk priority number (RPZ) was calculated as the product of severity of the event, the probability of the occurrence of the event and the detection probability. The greatest risks were mistaken identity, incorrect estimations of activity and organ masses and a lack of compliance of the patients. The individual risk estimation revealed a high variability between the different professions, that was reduced significantly by discussion led by an external moderator. For the highest RPZ countermeasures were formulated which impact needs to be reviewed in the future. Nuclear medical therapies were assessed as very safe, the revealed risks are very low in respect to patient safety. FMEA method was a useful tool to identify processes with potential for optimization. The chosen procedure can be easily adopted in other nuclear medicine facilities considering structure specific aspects like technical and personal equipment and procedures. Then further risks might be detected or the here identified risk might be assessed differently.ZIEL: Die neue Strahlenschutz-Gesetzgebung sieht vor, dass eine Risikoanalyse neuer und bestehender Behandlungsverfahren mit offenen Radionukliden hinsichtlich der Patientensicherheit wiederkehrend durchzuführen ist, in welche der Medizinphysik-Experte maßgeblich involviert ist. Als Werkzeug für die Durchführung der Risikoanalyse wurde die Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) angewendet, wie vom Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) und den Fachgesellschaften empfohlen. Für die Radiojodtherapie, die Radiosynoviorthese, die Peptid-Radiorezeptortherapie und die selektive interne Radiotherapie wurden die Prozesse gegliedert und zunächst individuell durch die verschiedenen am Prozess beteiligten Berufsgruppen und anschließend im Konsens kategorisiert. Für Risikoprioritätszahlen 125 wurden Gegenmaßnahmen erarbeitet. Die Risikoprioritätszahl (RPZ) ergibt sich als Produkt aus dem Schweregrad, der Auftretenswahrscheinlichkeit und der Entdeckungswahrscheinlichkeit des Fehlers oder der Folgen. Neben den diversen Möglichkeiten der Verwechslung von Patienten wurden Unsicherheiten in der Aktivitäts- und Organgrößenbestimmung und eine mangelnde Compliance des Patienten als wesentliche Risiken für eine Unter- oder Übertherapie angesehen. Die ausgeprägte Streuung bei individueller Risikobetrachtung durch einzelne Berufsgruppen konnte unter Anleitung durch einen externen Moderator deutlich reduziert werden. Für die höchsten RPZ wurden Maßnahmen formuliert, deren präventive Wirkung im Verlauf noch zu überprüfen ist. Die nuklearmedizinische Therapie wurde in der organisatorischen Durchführung als sehr sicher eingeschätzt und es wurden nur geringe Risiken bzgl. der Patientensicherheit identifiziert. Die FMEA-Analyse war ein praktikables Instrument und identifizierte Prozessschritte mit Optimierungspotenzial für die analysierten Therapieformen. Das geschilderte Vorgehen kann in anderen nuklearmedizinischen Einrichtungen adaptiert werden, wobei strukturspezifische Faktoren (technische und personelle Ausstattung, Ablauf von Prozeduren) zu berücksichtigen sind, sodass ggf. weitere Risiken identifiziert und hier aufgeführte Risiken aufgrund anderer Abläufe als abweichend eingeschätzt werden können.

Radiation-induced DNA damage occurs from direct and indirect effects. The induction is influenced by the physical characteristics of the radionuclide, especially its linear energy transfer. Hypoxia reduces the effect of irradiation treatment in tumor cells and leads to poor patient outcomes. High linear energy transfer emitters can overcome this obstacle. Our aim is to demonstrate the influence of hypoxia on the interaction of different radiation qualities with isolated DNA.PuC19 Plasmid DNA was irradiated withRadiation doses up to 200 Gy ofHypoxia does not limit DNA damage induced byWithout the consideration of DNA repair mechanisms, oxygen has no direct influence in radiation-induced DNA damages by different radiation qualities.The short-time stimulation with oxygen during patient radiation could have minor influence compared to constant oxygen flooding to overcome hypoxic barriers.

Because of the new regulation of the radiation protection in Germany in 2018 (Strahlenschutzverordnung) it was meaningful to calculate an overview of the radiation exposition of the personal in the radiopharmaceutical "Hotlab". The regulation demands that the radiation exposition must be minimized, documented and reduced to an optimized level. In the Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin at the University Hospital of Dresden measurements were done with optical-stimulated luminescence (OSL) dosimeters. Light protected OSL dosimeters were positioned on the fingertips (thumb, forefinger and middle finger) of both hands and on the forehead. Before use the OSL dosimeters were calibrated. The exposition of the hands was measured at three different days in the preparation lab: A relatively high exposition was seen after An optimized number of personal is necessary for preparation of radiopharmaceuticals in a "Hotlab" in nuclear medical facility. Therefore, the individual radiation exposition will be limited.ZIEL: Vor dem Hintergrund der neuen Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) ist es sinnvoll, sich erneut einen Überblick über die Strahlenexposition des Personals bei Radiopharmakaherstellungen im radiopharmazeutischen Labor zu verschaffen. Dabei soll die Strahlenexposition im Bereich der Herstellung und Anwendung von Radiopharmaka erfasst werden, um Tätigkeiten mit hoher Exposition zu identifizieren und Arbeitsabläufe zu optimieren. In der Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin am Universitätsklinikum an der TU Dresden wurden dazu Messungen mit optisch stimulierten Lumineszenzdosimetern (OSL) durchgeführt. MATERIAL UND METHODE: Es wurden lichtgeschützte OSL-Dosimeter auf die Fingerkuppen von Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger beider Hände und auf der Stirn platziert. Jedes OSL-Dosimeter war zuvor kalibriert worden. Untersucht wurde die Teilkörperexposition der Hände im Präparationslabor bei

Zusammenfassung Ziel: Eine kombinierte interne-externe Radiotherapie (CIERT) erfordert eine einheitliche Betrachtung der biologischen Strahlenwirkung. Dafür sollte der Formalismus der Biologisch Effektiven Dosis (BED) am Zellmodell überprüft werden. Methoden: NIS-positive Schilddrüsenzellen FRTL-5 wurden mit Röntgenstrahlung oder/und mit Tc-99m-Pertechnetat bestrahlt. Anoder Abwesenheit von Perchlorat konnte die aktive zelluläre Aufnahme des Radiotracers während 24 h Bestrahlungsdauer verhindern oder zulassen. Die Dosisbestimmung für die Radionuklidbestrahlung erfolgte auf Basis gemessener Uptakewerte mittels Monte-Carlo-Simulation. Aus Dosiswirkungskurven mit Koloniebildungs-Assay als biologischem Endpunkt wurden zellspezifische radiobiologische Parameter abgeleitet. Für Kombinationsbestrahlungen unter Variation von Reihenfolge und Zeitabstand wurde das Zellüberleben mit Vorhersagewerten des BED-Formalismus verglichen. Ergebnisse: Die für Röntgenbestrahlung ermittelten Parameter α = (0,22 ± 0,02) Gy-1, β = (0,021 ± 0,001) Gy-2 und Reparaturhalbwertszeit (1,51 ± 0,21) h erklären auch die Dosiswirkungskurven für Tc-99m-Pertechnetat mit exponentiell fallender Dosisleistung. Die CIERT-Experimente zeigten keine signifikanten Unterschiede bezüglich Reihenfolge und Bestrahlungspause, jedoch bei Radionuklidaufnahme in die Zellen ein geringeres Überleben als durch die BED vorhergesagt. Schlussfolgerung: Am Zellmodell konnte verifiziert werden, dass die BED grundsätzlich zur Beschreibung von biologischen Strahleneffekten bei unterschiedlichen Strahlenqualitäten und Dosisleistungen anwendbar ist. Ob bei intrazellulärer Radionuklidaufnahme in Kombination mit Röntgenbestrahlung supraadditive Effekte entstehen, die auf Auger- und Konversionselektronen des Tc-99m zurückzuführen sind, bedarf weiterer Experimente.

Combination treatment of molecular targeted and external radiotherapy is a promising strategy and was shown to improve local tumor control in a HNSCC xenograft model. To enhance the therapeutic value of this approach, this study investigated the underlying molecular response. Subcutaneous HNSCC FaDuDD xenografts were treated with single or combination therapy (X-ray: 0, 2, 4 Gy; anti-EGFR antibody (Cetuximab) (un-)labeled with Yttrium-90 (90Y)). Tumors were excised 24 h post respective treatment. Residual DNA double strand breaks (DSB), mRNA expression of DNA damage response related genes, immunoblotting, tumor histology, and immunohistological staining were analyzed. An increase in number and complexity of residual DNA DSB was observed in FaDuDD tumors exposed to the combination treatment of external irradiation and90Y-Cetuximab relative to controls. The increase was observed in a low oxygenated area, suggesting the expansion of DNA DSB damages. Upregulation of genes encoding p21cip1/waf1 (CDKN1A) and GADD45? (GADD45A) was determined in the combination treatment group, and immunoblotting as well as immunohistochemistry confirmed the upregulation of p21cip1/waf1. The increase in residual H2AX foci leads to the blockage of cell cycle transition and subsequently to cell death, which could be observed in the upregulation of p21cip1/waf1 expression and an elevated number of cleaved caspase-3 positive cells. Overall, a complex interplay between DNA damage repair and programmed cell death accounts for the potential benefit of the combination therapy using90Y-Cetuximab and external radiotherapy., TU Dresden Faculty of Medicine Carl Gustav Carus; MedDrive; European Union (EU); 6th Framework; EU-Project ‘‘BioCare”; German Federal Ministry of Education and Research; German Research Foundation

Summary Aim: Ionizing radiation produces DNA lesions among which DNA double strand breaks (DSB) are the most critical events. Radiation of various energy types might differ in their biological effectiveness. Here, we compared cell survival and DNA damage induced by 188Re and X-rays using YH2AX foci as a measure of DSB. The correlation between survival and residual foci was also analyzed. Methods: PCCl3 cells were irradiated with 200 kV X-rays (1.2 Gy/min) or 0.5-25 MBq/ml 188Re (1 h irradiation) achieving doses up to 10 Gy. By blocking of sodium iodide sym- porter (NIS) essentially extracellular activity could be guaranteed. Survival fractions (SF) were detected by colony forming assay. Initial and residual YH2AX foci (15 min and 24 h after irradiation) were assessed by immunos- taining. The relationship between SF and residual radiation induced YH2AX foci (RIF) was evaluated by Spearman and Pearson correlation tests. Results: We did not find significant differences between the survival curves in terms of the radiation quality. The D37 values were 4.6 Gy and 4.2 Gy for 188Re or X-ray, respectively. The initial foci numbers were in the same range for 188Re and X-ray, but higher levels of residual foci persisted after X-rays in comparison to 188Re (1 GyX-ray 6.5 ± 0.2; 1 GyRe-188 4.8 ± 0.2 RIF). Accordingly, for 188Re a higher extent of DSB repair was found. The Spearman test revealed a significant (p < 0.01) correlation between SF and residual RIF for both radiation modalities. Conclusion: No differences in terms of radiation were found for SF and initial foci. However, residual foci were lower for 188Re than for X-rays. A prediction of SF by residual foci should consider the properties of the radiation qualities that influence foci removal and DSB repair.

We investigated whether propidium iodide (PI) enhances DNA damaging effects of ionizing and non-ionizing radiation species (X-rays, alpha-, beta-, auger electron emission and light of various wavelengths, respectively). This biophysical experimental setting allowed us, furthermore, to investigate whether Cherenkov emission can be detected by photodynamic effects and increased DNA damage.Conformation changes of plasmid DNA were detected and quantified by gelelectrophoresis and fluorescence imaging. Hydrogen peroxide, stannous dichloride, and dimethylsulfoxide were used as chemical modulators, Tc-99m, Re-188, Ra-223, and x-ray (32 kV and 200 kV) reflected radiotoxicity and light (λ = 254 nm, 366 nm and 530-575 nm) induced phototoxicity.Radiotracers and x-rays induced dose dependent DNA damage. PI did not serve as radiosensitizer in radioisotopes, while a low effect was detected in X-rays. The phototoxicity was dependent on the wavelengths of light. Light with a wavelength range of 530-575 nm in combination with PI resulted in direct DNA damage. The yield of Cherenkov emission was far below the photon emission of light irradiation and not distinguishable from general radiotoxicity.PI binds to plasmid DNA, is not chemotoxic, and increases radiotoxicity only to minor extent. Phototoxicity and its stimulation by PI is dependent on the wavelength of the light. No kind of energy deposition was capable of inducing an Auger electron cascade. Furthermore, no increase in DNA damage induced by photodynamic effects from Cherenkov emission was detectable.ZIEL: Untersucht wurde, ob Propidiumiodid (PI) die DNA-schädigende Wirkung von ionisierender und nicht ionisierender Strahlung (Röntgenstrahlung, Alpha-, Beta-, Auger-Elektronen-Strahlung bzw. Licht diverser Wellenlängen) verstärken kann. Diese biophysikalische Versuchsanordnung ermöglicht es zu überprüfen, ob Cherenkov-Strahlung in relevantem Umfang via photodynamischer Effekte und erhöhter DNA-Schädigung nachweisbar ist.Konformationsänderungen der Plasmid-DNA durch DNA-Schäden wurden mittels Gelelektrophorese und Fluoreszenzfärbung detektiert und quantifiziert. Wasserstoffperoxid, Zinndichlorid und Dimethylsulfoxid wurden als chemische Modulatoren, Tc-99m, Re-188, Ra-223 und Röntgenstrahlung (32 kV und 200 kV) zur Bestimmung der Radiotoxizität und Licht (λ = 254 nm, 366 nm und 530–575 nm) zur Bestimmung der Phototoxizität eingesetzt.Die Radiotracer und die Röntgenstrahlung verursachten dosisabhängige DNA-Schäden. PI fungierte nicht als Radio-Sensitizer bei den Radionukliden und nur in geringem Maß bei Röntgenstrahlung. Die Phototoxizität war abhängig von der Wellenlänge. Licht im Wellenlängenbereich von 530–575 nm (VIS) resultierte in Kombination mit PI in direkten DNA-Schäden. Die Ausbeuten der Cherenkov-Strahlung lagen weit unter der Photonen-Emission der Lichtbestrahlung und konnten daher von der Radiotoxizität nicht unterschieden werden.PI bindet an Plasmid-DNA, ist nicht chemotoxisch und steigert kaum die Radiotoxizität. Die Phototoxizität und die Wirkung von PI sind abhängig von der Wellenlänge. Keine Art der Energiezufuhr konnte via PI eine Auger-Elektronen-Kaskade induzieren. Auch eine erhöhte DNA-Schädigung durch photodynamische Effekte via Cherenkov-Strahlung war nicht nachweisbar.

Purpose: In addition to gamma radiation, 99mTc emits low-energy Auger electrons with path-lengths of nanometers to micrometers that cannot be utilized for diagnostic procedures; however, they have frequently been discussed for therapeutic applications. We compared radiotoxicity of three 99mTc-labeled radiopharmaceuticals with differences in the subcellular distribution.Materials and methods: The intracellular radionuclide uptake and subcellular distribution of [99mTc]-pertechnetate (99mTc-pertechnetate), [99mTc]Tc-hexamethyl-propylene-aminoxime (99mTc-HMPAO) and [99mTc]Tc-hexakis-2-methoxyisobutylisonitrile (99mTc-MIBI) were quantified in rat thyroid FRTL-5 cells. Radiotoxicity was compared using late phosphorylated histone H2AX (γH2AX) foci as a marker for unrepaired DNA double-strand breaks (DNA-DSB) and clonogenic cell survival.Results: 99mTc-HMPAO showed a substantially higher uptake into the nucleus and the membrane/organelles than 99mTc-pertechnetate or 99mTc-MIBI. The colony-forming assay s...

We present the combination of the clinically well-proven chemotherapeutic agent, Doxorubicin, and (99m)Tc, an Auger and internal conversion electron emitter, into a dual-action agent for therapy. Chemical conjugation of Doxorubicin to (99m)Tc afforded a construct which autonomously ferries a radioactive payload into the cell nucleus. At this site, damage is exerted by dose deposition from Auger radiation. The (99m)Tc-conjugate exhibited a dose-dependent inhibition of survival in a selected panel of cancer cells and an in vivo study in healthy mice evidenced a biodistribution which is comparable to that of the parent drug. The homologous Rhenium conjugate was found to effectively bind to DNA, inhibited human Topoisomerase II, and exhibited cytotoxicity in vitro. The collective in vitro and in vivo data demonstrate that the presented metallo-conjugates closely mimic native Doxorubicin.

Purpose: Hypoxic regions of tumors are less sensitive to radio- and chemotherapy, leading to poor prognosis of patients. One option to overcome the radioresistance is the irradiation of hypoxic tumors with high linear energy transfer (LET) α- or Auger electronemitters assuming their radiotoxicity would be less dependent on the cellular oxygenation status. Therefore, the aim of the present study was to determine whether irradiation with the intracellularly distributed Auger electron/γ-emitter 99mTc using the tracer [99mTc]TcHMPAO is a promising therapeutic option for the treatment of hypoxic tumor cells. Thus, the high LET α-particleemitter 223Ra ([223Ra]RaCl2) and the low LET β-emitter 188Re ([188Re]NaReO4) were studied in comparison to [99mTc]Tc-HMPAO. Materials and methods: A431 tumor cells were incubated with [99mTc]Tc-HMPAO (1–20 MBq/2 mL), [223Ra]RaCl2 (1.4–16.3 kBq/2 mL) or [188Re]NaReO4 (0.3–13.7 MBq/2 mL) under normoxic or hypoxic conditions. The degree of radiotoxicity was analyzed using the colony forming assay (CFA), and the intracellular radionuclide uptake of the radiotracers was quantified. Results: Hypoxic A431 cells are less radiosensitive to irradiation with [99mTc]Tc-HMPAO or [188Re]NaReO4 than normoxic ones. In contrast, the radiosensitivity of A431 cells is almost independent of the oxygen status when treated with the [223Ra]RaCl2. Conclusions: We demonstrate that the Auger electron/γ-emitter 99mTc ([99mTc]Tc-HMPAO), which does not bound directly to the DNA, is not a promising therapeutic option for hypoxic tumor cells. But the high LET α-particle-emitter 223Ra is more suitable for the treatment of hypoxic tumor cells than irradiation with [99mTc]Tc-HMPAO or the low LET bemitter 188Re. Zielsetzung: Hypoxische Tumorregionen sind bei Radio- und Chemotherapie weniger sensitiv als Tumorregionen mit ausreichender Sauerstoffversorgung. Dies verursacht eine schlechte Prognose fur Tumorpatienten. Eine Option die Radioresistenz zu uberwinden, stellt die Bestrahlung mit α-Partikel-Emittern oder Auger-Elektronen-Emittern mit einem hohen linearen Energietransfer (LET) dar. In dieser Studie soll untersucht werden, ob die Bestrahlung von hypoxischen Tumorzellen mit dem intrazellular aufgenommenen γ- sowie Auger-Elektronen-Emitter 99mTc unter Verwendung des Radiotracers [99mTc]Tc-HMPAO eine vielversprechende Therapieoption darstellen konnte. Vergleichend wurde der Hoch-LET α-Partikel-Emitter 223Ra ([223Ra]RaCl2) und der Niedrig-LET β-Emitter 188Re ([188Re]NaReO4) eingesetzt. Methoden: A431 Tumorzellen wurden unter normoxischen oder hypoxischen Kulturbedingungen mit [99mTc]Tc-HMPAO (1–20 MBq/2 ml), [223Ra]RaCl2 (1,4–16,3 kBq/2 ml) und [188Re]NaReO4 (0,3–13,7 MBq/2 ml) inkubiert. Zur Detektion der resultierenden strahlenbiologischen Wirkung wurde der Koloniebildungsassay angewendet. Zusatzlich wurde die intrazellulare Aufnahme der Radiotracer quantifiziert. Ergebnisse: Nach Inkubation von [99mTc]Tc-HMPAO sind hypoxische A431-Zellen weniger strahlensensitiv als normoxische Zellen. Im Gegensatz zur Behandlung mit [99mTc]Tc-HMPAO oder [188Re]NaReO4 wurde bei Behandlung mit [223Ra]RaCl2 ein geringerer Einfluss des Sauerstoffstatus auf die Radiosensitivitat von A431-Zellen gefunden. Schlussfolgerung: Damit konnte gezeigt werden, dass der nicht direkt an die DNA gebundene Auger-Elektronen-/ γ-Emitter 99mTc ([99mTc]Tc-HMPAO) die Radioresistenz von hypoxischen Tumorzellen nicht uberwinden kann. Jedoch stellt der Hoch-LET α-Partikel-Emitter 223Ra ([223Ra]RaCl2) eine bessere Behandlungsoption dar.

Targeting epidermal growth factor receptor (EGFR)-overexpressing tumors with radiolabeled anti-EGFR antibodies is a promising strategy for combination with external radiotherapy. In this study, we evaluated the potential of external plus internal irradiation by [(90) Y]Y-CHX-A″-DTPA-C225 (Y-90-C225) in a 3-D environment using FaDu and SAS head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) spheroid models and clinically relevant endpoints such as spheroid control probability (SCP) and spheroid control dose 50% (SCD50 , external irradiation dose inducing 50% loss of spheroid regrowth). Spheroids were cultured using a standardized platform. Therapy response after treatment with C225, CHX-A"-DTPA-C225 (DTPA-C225), [(90) Y]Y-CHX-A"-DTPA (Y-90-DTPA) and Y-90-C225 alone or in combination with X-ray was evaluated by long-term monitoring (60 days) of spheroid integrity and volume growth. Penetration kinetics into spheroids and EGFR binding capacities on spheroid cells were identical for unconjugated C225 and Y-90-C225. Spheroid-associated radioactivity upon exposure to the antibody-free control conjugate Y-90-DTPA was negligible. Determination of the SCD50 demonstrated higher intrinsic radiosensitivity of FaDu as compared with SAS spheroids. Treatment with unconjugated C225 alone did not affect spheroid growth and cell viability. Also, C225 treatment after external irradiation showed no additive effect. However, the combination of external irradiation with Y-90-C225 (1 µg/ml, 24 hr) resulted in a considerable benefit as reflected by a pronounced reduction of the SCD50 from 16 Gy to 9 Gy for SAS spheroids and a complete loss of regrowth for FaDu spheroids due to the pronounced accumulation of internal dose caused by the continuous exposure to cell-bound radionuclide upon Y-90-C225-EGFR interaction.

Das Interesse am Nachweis von radioaktiven Stoffen hat nach dem jungsten Unfall im Kernkraftwerk Fukushima stark zugenommen und zu einem Engpass bei entsprechenden Messgeraten gefuhrt. Fur den Einsatz des Kamerasystems von Smartphones zum Strahlungsnachweis existiert eine kommerzielle Software, welche die Nutzung als Dosisleistungsmessgerat unter Verwendung geratespezifischer Kalibrierdaten erlaubt. Ziel: Wir untersuchten, ob die Anwendung fur in der Nuklearmedizin ubliche Nuklide und Radioaktivitatsmengen moglich ist. Methodik: Fur die Nuklide 99mTc (10–1000 MBq), 131I (3,7–1800 MBq, Therapiekapsel) und 68Ga (50–600 MBq) wurden Messungen in definierter Geometrie in verschiedenen Abstanden durchgefuhrt. Die Smartphones Milestone Droid 1 (Motorola) und HTC Desire (HTC Corporation) wurden mit den Messgeraten AD6 (automess) und DoseGUARD (AEA Technology) verglichen. Ergebnisse: Die Messwerte der Smartphones und der anderen Gerate sind gut miteinander vergleichbar: linearer Signalanstieg bei zunehmender Aktivitat und Dosisleistung. Langzeitmessungen (131I, 729 MBq, 0,5 m, 60 min) ergaben bei Smartphones Werte, die um 20% schwankten im Vergleich zu AD6. Smartphones haben im Bereich niedriger Dosisleistung (

Ionizing radiation produces DNA lesions among which DNA double strand breaks (DSB) are the most critical events. Radiation of various energy types might differ in their biological effectiveness. Here, we compared cell survival and DNA damage induced byPCCl3 cells were irradiated with 200 kV X-rays (1.2 Gy/min) or 0.5-25 MBq/mlWe did not find significant differences between the survival curves in terms of the radiation quality. The DNo differences in terms of radiation were found for SF and initial foci. However, residual foci were lower for

In addition to gamma radiation,The intracellular radionuclide uptake and subcellular distribution of [Our findings reveal that clonogenic cellular survival is not solely determined by the DNA-DSB response. This finding may suggest the involvement of extra-nuclear radiosensitive targets in cell inactivation. For example, the mitochondria or the cell membrane could be affected by

Background DNA damage occurs as a consequence of both direct and indirect effects of ionizing radiation. The severity of DNA damage depends on the physical characteristics of the radiation quality, e.g., the linear energy transfer (LET). There are still contrary findings regarding direct or indirect interactions of high-LET emitters with DNA. Our aim is to determine DNA damage and the effect on cellular survival induced by 223Ra compared to 188Re and 99mTc modulated by the radical scavenger dimethyl sulfoxide (DMSO). Methods Radioactive solutions of 223Ra, 188Re, or 99mTc were added to either plasmid DNA or to PC Cl3 cells in the absence or presence of DMSO. Following irradiation, single strand breaks (SSB) and double strand breaks (DSB) in plasmid DNA were analyzed by gel electrophoresis. To determine the radiosensitivity of the rat thyroid cell line (PC Cl3), survival curves were performed using the colony formation assay. Results Exposure to 120 Gy of 223Ra, 188Re, or 99mTc leads to maximal yields of SSB (80 %) in plasmid DNA. Irradiation with 540 Gy 223Ra and 500 Gy 188Re or 99mTc induced 40, 28, and 64 % linear plasmid conformations, respectively. DMSO prevented the SSB and DSB in a similar way for all radionuclides. However, with the α-emitter 223Ra, a low level of DSB could not be prevented by DMSO. Irradiation of PC Cl3 cells with 223Ra, 188Re, and 99mTc pre-incubated with DMSO revealed enhanced survival fractions (SF) in comparison to treatment without DMSO. Protection factors (PF) were calculated using the fitted survival curves. These factors are 1.23 ± 0.04, 1.20 ± 0.19, and 1.34 ± 0.05 for 223Ra, 188Re, and 99mTc, respectively. Conclusions For 223Ra, as well as for 188Re and 99mTc, dose-dependent radiation effects were found applicable for plasmid DNA and PC Cl3 cells. The radioprotection by DMSO was in the same range for high- and low-LET emitter. Overall, the results indicate the contribution of mainly indirect radiation effects for each of the radionuclides regarding DNA damage and cell survival. In summary, our findings may contribute to fundamental knowledge about the α-particle induced DNA damage. Electronic supplementary material The online version of this article (doi:10.1186/s13550-016-0203-x) contains supplementary material, which is available to authorized users.

It is evident that 99mTc causes radical-mediated DNA damage due to Auger electrons, which were emitted simultaneously with the known γ-emission of 99mTc. We have synthesized a series of new 99mTc-labeled pyrene derivatives with varied distances between the pyrene moiety and the radionuclide. The pyrene motif is a common DNA intercalator and allowed us to test the influence of the radionuclide distance on damages of the DNA helix. In general, pUC 19 plasmid DNA enables the investigation of the unprotected interactions between the radiotracers and DNA that results in single-strand breaks (SSB) or double-strand breaks (DSB). The resulting DNA fragments were separated by gel electrophoresis and quantified by fluorescent staining. Direct DNA damage and radical-induced indirect DNA damage by radiolysis products of water were evaluated in the presence or absence of the radical scavenger DMSO. We demonstrated that Auger electrons directly induced both SSB and DSB in high efficiency when 99mTc was tightly bound to the plasmid DNA and this damage could not be completely prevented by DMSO, a free radical scavenger. For the first time, we were able to minimize this effect by increasing the carbon chain lengths between the pyrene moiety and the 99mTc nuclide. However, a critical distance between the 99mTc atom and the DNA helix could not be determined due to the significantly lowered DSB generation resulting from the interaction which is dependent on the type of the 99mTc binding motif. The effect of variable DNA damage caused by the different chain length between the pyrene residue and the Tc-core as well as the possible conformations of the applied Tc-complexes was supplemented with molecular dynamics (MD) calculations. The effectiveness of the DNA-binding 99mTc-labeled pyrene derivatives was demonstrated by comparison to non-DNA-binding 99mTcO4–, since nearly all DNA damage caused by 99mTcO4– was prevented by incubating with DMSO.

SummaryAim: Current reports for the radiation cataracts contained a warning for deterministic effects at 1–2 Gy radiation single exposure for lens. Recently, the German Radiation Protection Board (SSK) published a document (234. SSK-Board) in that threshold dose for radiation cataracts is claimed at 0.5 Gy. The lens of the eye is recognized as one of the most radiosensitive tissues in the human body, and the International Commission on Radiological Protection (ICRP 103) has defined a limit of 150 mSv for its exposure. Recently, the ICRP lowered this limit down to 20 mSv per year. However, this limit does not apply to patients. Therefore, the question of the lens radiation exposure for patients underwent a radioiodine therapy (RIT) is a point at issue. Patients, methods: A total of 41 patients (age: 22–92 years) underwent a radioiodine therapy were included in the study. Optical stimulated luminescence dosimeters were used to measure the radiation exposure. The dosimeters were fastened nearby the patient’s eye lens. The measurement was carried out up to 48 h after radioiodine application and the patients were divided into three groups. Group 1: patients underwent a diagnostic 131I whole body scan (mean activity: 370 MBq); group 2: thyriod carcinoma patients under RIT (mean activity: 3700 MBq); group 3: hyperthyroid patients under RIT (activity: 180–1237 MBq). Results: The cumulative exposure of the eye lens during the stay at the therapy unit (48 h) was 4.8 ± 0.7 mGy in group 1, 24.5–50.5 mGy in group 2 and 2.7–26.3 mGy in group 3, respectively. For the calculation of the expected cumulative dose, including follow-up after patient's dismissal, the effective half-lives were involved. The cumulative doses were obtained to be 6 ± 1 mGy in the first group, 63 ± 15 mGy in the second and 5–148 mGy in the third. Conclusion: The results show that there exists a low risk for radiation cataract in a nuclear medicine therapy unit. After serial radioiodine therapies radiation-induced lens opacity cannot be expected.

Ziel: Neben der Gammastrahlung von 140 keV sendet 99mTc beim Ubergang zu 99Tc auch Elektronen geringer Energie und geringer Reichweite aus. Diese Auger-Elektronen sind diagnostisch nicht relevant, werden aber immer wieder fur den therapeutischen Einsatz diskutiert. Bislang fehlte ein Wirkungsnachweis der Auger-Elektronen von 99mTc, der jetzt in einem In-vitro-Testsystem im Vergleich zum Betastrahler 131I vorgelegt werden soll. Methoden: Die Schilddrusenzelle PCCl3, die Natriumiodid-Symporter(NIS)-positiv ist, wurde in An- bzw. Abwesenheit von Perchlorat mit 131I-Natriumiodid (131I) oder 99mTc-Pertechnetat (99mTc) inkubiert. Zum besseren Vergleich wurden die Aktivitatsmengen so adjustiert, dass bei rein extrazellularer Bestrahlung dieselbe Dosis fur beide Radionuklide resultiert. Das klonogene Zelluberleben wurde mit dem Koloniebildungs-Assay durch Bestimmung der Uberlebensfraktion ermittelt. Parallel zu allen Versuchen wurde jeweils die intrazellulare Radionuklidaufnahme bestimmt. Ergebnisse: Dosis-Wirkungskurven fur die Bestrahlung mit 131I und 99mTc unter variabler extra- und intrazellularer Verteilung der Radioaktivitat wurden erstellt. In Anwesenheit von Perchlorat war keine intrazellulare Radiotracer-Aufnahme nachweisbar. Die Uberlebenskurven waren weitgehend vergleichbar, so dass von einer korrekten Dosimetrie ausgegangen werden konnte. Ohne Perchlorat wurden zwischen 1,39% (131I) und 1,90% (99mTc) der inkubierten Aktivitat intrazellular nachgewiesen, was die Radiotoxizitat fur den Betastrahler verdoppelte, fur 99mTc jedoch mehr als verzehnfachte. Schlussfolgerung: Die intrazellulare Aufnahme des Betastrahlers 131I verursacht gegenuber der rein extrazellularen Lokalisation eine deutlich hohere DNA-Schadigung, was mittels Koloniebildungstest nachgewiesen werden kann. Die erhohte Radiotoxizitat durch intrazellulares 99mTc erklart sich am ehesten durch den grosen Dosisbeitrag in zellularen Strukturen durch die Auger- und Konversionselektronen geringer Reichweite und hoher lokaler Energiedeposition.