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あやかきせんばる
5 years ago
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1 被ばく線量推定法 ~ 染色体分析を中心に ~ 放射線医学総合研究所生物線量評価研究チーム数藤由美子 1

2 講義内容 1) 線量評価とは 2) 染色体分析による線量評価 ~ 二動原体染色体分析 ~ 3) 放射線事故の染色体検査受け入れネットワーキング 4) 被ばく患者の採血と検体輸送 5) 実際の事故調査例 ~ 東電福島第一原発事故 ~ 2

3 講義内容 1) 線量評価とは 2) 染色体分析による線量評価 ~ 二動原体染色体分析 ~ 3) 放射線事故の染色体検査受け入れネットワーキング 4) 被ばく患者の採血と検体輸送 5) 実際の事故調査例 ~ 東電福島第一原発事故 ~ 3

4 被ばくの特殊性 (1) 低頻度の事象 (2) 被ばくしたかどうかがわからない (3) 症状がでるまでに時間がかかる (4) 放射線に対する専門的知識が必要 (5) 放射性物質や放射線に対する不安 (6) 放射線による被ばくや汚染の測定が可能 (7) 滅菌殺菌中和ができない微生物 : 殺菌滅菌抗体など有効化学物質 : 中和 (8) 社会的な影響が大きい 4

5 線量評価とは放射線被ばく事故等の被災者 ( 被ばく者 ) がどれくらいの放射線を浴びたかを推定することその目的は治療計画の立案と予後の予測緊急医療措置のための患者の振り分け 5

6 線量推定の方法物理学的線量推定 ( 個人線量計ホールボディカウンタ環境放射能測定電子スピン共鳴測定 ) 測定困難であることが多く可能であった場合でも他の方法で確認する必要がある生物学的線量推定 ( 血算染色体分析 ) 臨床症状からの推定 ( 嘔吐下痢発熱皮膚障害意識障害など ) 6

7 国際原子力機関 (IAEA) 国際標準化機構 (ISO) 染色体分析による線量評価国際標準プロトコール ISO ( ドラフト ): CBMN 法 ISO ( ドラフト ): 検量線作成 ISO 19238: 二動原体分析法 ISO 21243: 大事故における二動原体分析によるトリアージ 7

8 講義内容 1) 線量評価とは 2) 染色体分析による線量評価 ~ 二動原体染色体分析 ~ 3) 放射線事故の染色体検査受け入れネットワーキング 4) 被ばく患者の採血と検体輸送 5) 実際の事故調査例 ~ 東電福島第一原発事故 ~ 8

9 放射線の人体影響の歴史 (1) 1890 米国における初めての放射線の検出グッドスピードジェニング 1895 エックス線の発見レントゲン 1896 放射能の発見ベクレル同年頭がX 線 ( 高線量 ) により被ばくし脱毛同年ダニエルポケットに入れておいた放射性物質により腹部皮膚に発赤ベクレル 9

10 放射線の人体影響の歴史 (2) 1897 類似症例を報告キューリー 1902 放射線皮膚炎と皮膚がんフリーベン 1909 X 線による障害外科的治療を受けた47 例を報告ポーター 1911 放射線による白血病ジャギー 1911 放射線による皮膚がんヘッセ 1945 広島長崎における原子爆弾投下 10

11 ヒト染色体研究の歴史 1953 DNA 二重らせん構造の発見ワトソン & クリック 1956 ヒト二倍体染色体数が 46 であることを報告ティオ & レヴァンダウン症候群 21トリソミーの発見ターナー症候群 XOの報告クラインフェルター症候群 XXYの発見 CMLのフィラデルフィア染色体の発見 1973 年にt(9;22) であることが見出されたレジューンらフォードらジェイコブズらノーウェル & ハンガーフォード 1970 Qバンド分染法の開発カスパーソン 1986 FISH 法による染色体マッピング第 1 報 1990 ヒトゲノム計画開始 1996 SKY 法 /M-FISH 法の開発 1998 DNAマイクロアレイによるCGH 法の開発 2003 全ヒトゲノム配列の決定 11

12 ヒト正常核型テロメア短腕動原体長腕染色体の構造テロメア Normal male (2N=46, XY) Normal female (2N=46, XX) 12

13 正常修復失敗くびれ ( ) が 2 個 13

14 γ 線照射リンパ球にみられる染色体異常 5 Gy 照射 ( 左 ) で観察された二動原体染色体環状染色体染色体断片より高線量の照射 ( 右 ) では複数のセントロメアをもつ染色体が染色体断片とともに多数観察される 14

15 PNA-FISH (peptide nucleic acid probes for centromeric and telomeric sequences) 15

org/mtcd/publications/ PDF/eprmedt/Day_2/Day_2-8.

16 線質の異なる放射線による二動原体染色体出現頻度 (R. J. Dufrain et al., 1980 より抜粋 ) 染色体異常の線量効果関係 IAEA-WHO 講義 ( PDF/eprmedt/Day_2/Day_2-8.pps) を改変染色体異常の頻度と線量には数理的な関係があるあらかじめ細胞の in vitro 照射実験で検量線を作製しておけば被ばく患者や医療被ばく職業被ばくを受けた人の線量評価ができる 16

17 評価手順 (1) 採血 1. 被ばく線量の推定には末梢血リンパ球を用いる採血量 : 3~10 ml 培養 :48 時間標本作製 :2~3 時間染色体解析 :~ 数時間 / 検体 2. リンパ球は胸腺リンパ腺などの体内組織を 12~24 時間かけて循環するしたがって末梢血の採取は被ばく後 24 時間以降が望ましい 3. 不安定型染色体異常を持った細胞は体内で時間と共に減少する ( 半減期 =2~3 年 ) 正確な線量評価のためには被ばく後 1 ヶ月以内の調査が望ましい 4. 高線量全身被ばくの場合はリンパ球が急速に減少するので早急な採血が必要となる 17

18 評価手順 (2) リンパ球培養 1. 全血 3 ml からリンパ球を分離する 2. ウシ血清を含む培養液 6 ml に幼弱化促進剤 (PHA) を添加し分離リンパ球を培養開始する 3. 紡錘糸形成阻害剤 ( コルセミド ) を添加する 4.48 時間後に遠心分離によって回収したリンパ球を低張処理し膨潤させる 5. メタノール酢酸固定液で固定する 6. 標本を作製し染色する 18

19 評価手順 (3) 顕微鏡観察二動原体環状染色体断片断片二動原体断片スライドグラス上に染色体を展開し染色して顕微鏡観察 19

20 染色体画像解析の自動化 - メタフェーズ検出 ( および分析 ) - 20

21 左の表のようなスコアリングシートを用いて細胞ごとに染色体数動原体数染色体異常の数その他特記すべきことを記録していく観察細胞数 : トリアージ 50 細胞線量評価 1000 細胞 or 二動原体を 100 個検出するまで二動原体数を集計する二動原体染色体 1 本 = 1 本 n 個の動原体をもつ染色体 1 本 = (n-1) 本 21

22 評価手順 (4) 線量評価あらかじめ作成した検量線に測定データを当てはめて被ばく線量を推定する検量線からおこなう線量推定の例 Marta Szłuińska et al. (2007) より抜粋使用プログラムは CABAS 線質により同じ線量でも誘発される突然頻度は異なるそのため放射線の種類によって検量線を使い分ける場合とガンマ線相当に換算して評価する場合がある 22

CABAS / Dose Estimate [http://www.ujk.edu.

23 CABAS / Dose Estimate [ バイオドシメトリのフリーソフトウェア (HPA, UK 他が開発 ) 1) 検量線の適合度検定 2) 染色体異常の分布の検定と線量推定 (95% 信頼限界 ) 3) 必要観察細胞数の確認 4) 分割被ばくや長期間 ( 慢性的 ) 被ばくの推定 5) 局所被ばくの推定 6) 中性子線被ばくの解析 ( ガンマ線の混合率を考慮 ) 23

24 時間 Day 0 Day 1 放医研の生物線量評価システム原子力災害放射線被ばく事故発生被ばく患者の疑い ( 緊急被ばく医療ダイヤル ) 採血, リンパ球分離, 培養 (48h, 1 回目分裂 ) 3-10 ml 年齢性別飲酒喫煙薬医療被ばく歴職業被ばく歴聴き取り調査票 & 同意書 IAEA Manual, 2011, ISO 19238, ISO に準拠 Day 3 細胞の回収固定染色体標本作製 Day 4 自動検出顕微鏡画像解析システムトリアージスコアリング ( 結果を担当医に報告 ) 本スコアリング線量評価 ( 結果をカルテに記載 ) 線量評価 Day 7 次回来院時患者に検査結果を説明高精度 FISH 解析へ転座複雑な染色体異常, etc. 二動原体頻度ガンマ線検量線線量 (Gy) 24

25 講義内容 1) 線量評価とは 2) 染色体分析による線量評価 ~ 二動原体染色体分析 ~ 3) 放射線事故の染色体検査受け入れネットワーキング 4) 被ばく患者の採血と検体輸送 5) 実際の事故調査例 ~ 東電福島第一原発事故 ~ 25

26 線量評価のための染色体ネットワーク旭川医科大学弘前大学福島県立医科大学放射線医学総合研究所東京医科歯科大学名古屋大学医薬基盤研究所放射線影響研究所広島大学長崎大学広島大学放射線影響研究所北海道青森県福島県千葉県東京都愛知県大阪府広島県広島県長崎県弘前大学旭川医科大学福島県立医科大学放射線医学総合研究所 ( 日本の緊急被ばく医療の三次機関 ) 東京医科歯科大学名古屋大学医薬基盤研究所長崎大学 26

27 Realising the European Network of Biodosimetry (RENEB) EU の 16 ヶ国 23 ラボが参加 *dicentric assay, FISH assay, micronucleus assay, PCC assay, Gamma-H2AX assay and EPR/OSL assay, 27

28 講義内容 1) 線量評価とは 2) 染色体分析による線量評価 ~ 二動原体染色体分析 ~ 3) 放射線事故の染色体検査受け入れネットワーキング 4) 被ばく患者の採血と検体輸送 5) 実際の事故調査例 ~ 東電福島第一原発事故 ~ 28

29 被ばく患者を受け入れたら染色体線量評価のための血液サンプル確保採血量 : ヘパリン採血で 3 ml 以上採血時期 : 事故後 24 時間以降 ~4 週間以内 * 高線量被ばくが予想される場合など血球数が落ちる ( 輸血措置を始める ) 前に線量評価用血液を確保する * 血液は室温 ~4 で保存し ( 凍結させない ) 早急に指定分析機関へ送付する * 空輸の場合空港セキュリティー対策として X 線照射禁止と明示する * ヘパリンが無い場合使用した抗凝固剤名を血液サンプルに明示する 29

30 講義内容 1) 線量評価とは 2) 染色体分析による線量評価 ~ 二動原体染色体分析 ~ 3) 放射線事故の染色体検査受け入れネットワーキング 4) 被ばく患者の採血と検体輸送 5) 実際の事故調査例 ~ 東電福島第一原発事故 ~ 30

31 東電福島第一原発事故の例 Y. Suto et al. Health Physics 105(4): , October

of a nuclear emergency situation (19:03) March 12-15: Units 1-4: hydrogen explosion INES level 7 Release of Radionuclides Combined disaster 水素爆発 1 号機 :3 月 12 日 15:36 分 3 号機 :3 月 14 日 11:01 分 2

32 Outline of the TEPCO Fukushima NPP Accident March 11, 2011(14:46); The Great East Japan Earthquake Magnitude:9.0 Mw 15,854 death; 3,143 people missing ( ) Tsunami(the first one reached at 15:27) Units 1-5 lost all electric power, all motoroperated pumps of cooling system inoperable Declaration of a nuclear emergency situation (19:03) March 12-15: Units 1-4: hydrogen explosion INES level 7 Release of Radionuclides Combined disaster 水素爆発 1 号機 :3 月 12 日 15:36 分 3 号機 :3 月 14 日 11:01 分 2 号機 :3 月 15 日 06:00 頃 4 号機 :3 月 15 日 06:00 頃 ( 温度が900 を超えた結果燃料棒 ( ジルコニウム合金被覆 ) と水蒸気の熱化学反応 Zr +2H 2 O ZrO 2 + 4Hにより水が分解し水素ガスが発生し格納容器内に蓄積した同時にこの反応によって被覆管が壊れ燃料内の核分裂生成物 (Kr,Xe,I,Cs 等 ) も格納容器内に出た ) 11 March 14:46 Epicenter 7 6 強 6 弱 5 強 5 弱 Hydrogen explosion at Unit 3 32

33 Sending Experts : REMAT Radiation Emergency Medical Assistance Team Dose Assessment Diagnosis Radiological/ Medical Triage Radiation Protection National Institute of Radiological Sciences (NIRS) 33

Medicine for Internal Contaminations Drug Prussian blue Indication

Potassium iodide (KI) Dimercaprol (British Anti-Lewisite, BAL)

Bismuth, Chromium, Nickel, Polonium Copper, Bismuth, Gold, Lead,

Neptunium, Plutonium Plutonium, Americium, Curium, Actinium,

Einsteinium, Europium, Indium, Lanthanum, Manganese, Neptunium,

34 Medicine for Internal Contaminations Drug Prussian blue Indication Cesium, nonradioactive thallium Sodium alginate Radium, Strontium Potassium iodide (KI) Dimercaprol (British Anti-Lewisite, BAL) Penicillamine Radioactive iodine Arsenic, Gold, Mercury, Lead, Bismuth, Chromium, Nickel, Polonium Copper, Bismuth, Gold, Lead, Mercury Deferoxamine (DFOA) CaDTPA / ZnDTPA Iron, Manganese, Neptunium, Plutonium Plutonium, Americium, Curium, Actinium, Berkelium, Cadmium, Californium, Cerium, Chromium, Cobalt, Einsteinium, Europium, Indium, Lanthanum, Manganese, Neptunium, Niobium, Promethium, Ruthenium, Scandium, Thorium, Yttrium, Zinc, Zirconium From NCRP Report No. 161,

35 Equipments for Radiation Measurement Dose Assessment Real time data analysis at NIRS by satellite system NIRS Detector of γ-rays and neutrons for in vivo measurement (CsI (Tl) scintillator ) Personal computer Satellite phone Radiation Protection & Safety Spectrum analyze (LaBr2 scintillator) Personal dosimeter & Dose rate meter (for γ-rays) Respirable air monitor for α- and β-emitters ( Si semiconductor) Handy survey meter for α-, β-, and γ-rays (GM counter) Contamination Survey High resolution analyzer for γ-emitters (Ge semiconductor) 35

36 Radiation Emergency Medical Assistance Team (REMAT ) 2011 March 12 Fukushima Daiichi NPP 2011 March 12 8:10 am (17 hr after the earthquake) REMAT was dispatched from NIRS to Fukushima by a helicopter of SDF 36

37 日本の被ばく医療中心機関として放医研は東電福島第 1 原発事故の現場作業従事者で高線量被ばくの可能性があるすべての人を受け入れ生物線量評価を行った生物線量評価受け入れ 12 名の作業者 (2011 年 3 月 21 日 ~7 月 1 日 ) 翌週の再来院時の検査結果通知 1 年後の再検査 37

Calibration curve [Y. Suto et al., Health Physics 105(4): 366-373, October 2013] Now updating by investigating 50, 150, and 200 mgy exposures. 60 Co gamma ray (0.

38 Calibration curve [Y. Suto et al., Health Physics 105(4): , October 2013] Now updating by investigating 50, 150, and 200 mgy exposures. 60 Co gamma ray (0.5 Gy/min) Dose-response curve for the dicentric chromosome assay (DCA). Y = ( ± ) + ( ± ) D + ( ± ) D 2 Y: dicentric yield, D: dose (Gy); p value of goodness of fit test : p =

39 An example of the workers metaphases 39

40 [Y. Suto et al., Health Physics 105(4): , October 2013] 40

41 [Y. Suto et al., Health Physics 105(4): , October 2013] * < 300 mgy (95% UCL) 急性放射線症候群発症の下限 (1 Gy) 以下 * 急性放射線症候群発症者なしという結果と一致 41

42 Dose estimated by DCA (mgy) 第 5 回 NIRS 染色体研修 (2015/3/17) Dose detected with alarm personal dosimeter (msv) (Suto et al., 2013) The linear regression was obtained: [physical dose (msv)] = [biological dose (mgy)] (p < 0.05) 42

43 Dose estimated by DCA (mgy) 第 5 回 NIRS 染色体研修 (2015/3/17) 生物線量推定値は物理線量評価値 ( 個人 100 線量計値 ) とよく一致した Dose detected with alarm personal dosimeter (msv) (Suto et al., 2013) The linear regression was obtained: [physical dose (msv)] = [biological dose (mgy)] (p < 0.05) 43

44 External exposure Exposed dose to emergency workers at 1F NPP Dose(mSv) Mar 250< ~ ~ Apr 100~ ~ 一年後の再検査着実な回復 50~ ~ total (person) max(msv) ave(msv) ( from TEPCO press release ) External+internal exposure Dose(mSv) Mar~Nov 250< 6 No Acute Radiation Syndrome 200~ ~ total (person) max(msv) 679 ave(msv) 12 44

45 生物線量評価システムの開発 45

46 不安定型異常は時間経過とともに減少する放射線治療後の時間 ( 年 ) 安定型異常染色体異常頻度 ( % ) 不安定型異常 K. E. Buckton (1983) 46

47 転座染色体の分析 Translocation analysis using FISH (fluorescence in situ hybridization) 1) 長期追跡調査 2) 遡及的線量評価に役立つ 3-color FISH translocation M-FISH (multiplex FISH) * ヒト全ゲノムの 23%( 男性 ) 22.5%( 女性 ) 転座染色体全体の 40% をカバー [IAEA manual, 2011] 47

48 3-color FISH 法による転座染色体の迅速判定 * 画像取り込み : 1,000 細胞 < 2.5 h * 染色体異常の判定 : 1 細胞 1 sec 48

49 異常なし転座染色体 ( 矢印 ) 3-color FISH による染色体異常の検出 (Chr1, 赤色 ; Chr2, 緑色 ; Chr4, 黄色 ) 49

50 参考資料原著論文 ( 英語 ): *Y. Suto et al., Health Physics 105(4): , 生物線量評価研究チームのホームページ ( 英語 ): * ( 注 ) 掲載資料中の染色体画像はすべて放医研生物線量評価研究チームが作製しました主な画像は上記ホームページおよびから引用転載しています総説概説 ( 日本語 ): * 数藤由美子 : 原子力災害を経験して. Mendel( 日本メンデル協会通信 )No. 28, p. 4-5, March ( * 数藤由美子 : シリーズ放射線被曝と遺伝学 (5) 緊急被ばくと染色体分析の立場から. 医学のあゆみ 241: ,

別添資料平成 27 年 9 月 10 日福島県立医科大学医療被ばく (CT 検査 ) による生体影響に関する発見研究成果のポイント 1. 1 回の CT 検査 (5.78 msv~60.27 msv) によって染色体異常が誘発されている可能性が示唆された msv 未満の放射線被ば

別添資料平成 27 年 9 月 10 日福島県立医科大学医療被ばく (CT 検査 ) による生体影響に関する発見研究成果のポイント 1. 1 回の CT 検査 (5.78 msv~60.27 msv) によって染色体異常が誘発されている可能性が示唆された msv 未満の放射線被ば別添資料平成 27 年 9 月 10 日福島県立医科大学医療被ばく (CT 検査 ) による生体影響に関する発見研究成果のポイント 1. 1 回の CT 検査 (5.78 msv~60.27 msv) によって染色体異常が誘発されている可能性が示唆された 2. 100 msv 未満の放射線被ばくにおいても二動原体染色体解析による線量評価が可能なことを示した特に従来のギムザ染色による手法に比べ