Comparison of micronucleus- and chromosome aberration technique for the documentation of cytogenetic damage in radiochemotherapy treated patients with rectal cancer

Radio- und Chemotherapie verursachen DNA-Schäden, die im Vollblut der Patienten nach Isolierung und Kultivierung von Lymphozyten nachgewiesen werden können. Der Mikronukleustest, ebenso wie die Analyse von Chromosomenaberrationen sind zuverlässige Methoden zur Darstellung von Schäden des Zellgenoms in vivo und in vitro. Es wurden Ergebnisse und Durchführbarkeit beider Methoden untersucht und diese in Bezug auf die Beurteilung der zytogenetischen Schäden verglichen. Die Patienten wurden aus der laufenden CAO/ARO/AIO-04 Studie rekrutiert. In dieser Studie werden Patienten mit fortgeschrittenem Rektumkarzinom neoadjuvant radiochemotherapiert und entweder in Arm A mit 5-FU (1.+5. RT-Woche, 1000mg/m2/d) oder in Arm B mit 5-FU + Oxaliplatin (5-FU d 1-14 + d 22-35, 250mg/m2/d; Oxaliplatin d1,8,22,29, 50mg/m2/d) zusätzlich zur Bestrahlung mit 50,4Gy (1,8Gy/d) behandelt. 15 Patienten unseres Kollektivs wurden dabei in Arm A, 9 Patienten in Arm B randomisiert. Zur Darstellung des zytogenetischen Schadens nutzten wir die bestrahlungssensiblen Lymphozyten. Diese wurden vor Beginn der Behandlung, nach 21,6Gy und nach 50,4Gy aus dem Vollblut der Patienten isoliert und kultiviert. Bei der Chromosomenaberrationstechnik wurde der Zellzyklus in der Metaphase durch Colcemid blockiert und die entstandenen dizentrischen Chromosomen zur Beurteilung des zytogenetischen Schadens mikroskopisch validiert. Bei der Mikronukleustechnik wurde die Zytokinese bei erhaltener Karyokinese nach der ersten mitotischen Teilung durch Cytochalasin-B blockiert und der zytogenetische Schaden durch die Anzahl der Mikronuklei in Relation zur Anzahl zweikerniger Lymphozyten bestimmt. Eine signifikante Zunahme chromosomaler Schädigungen durch die Bestrahlung in Abhängigkeit von der applizierten Dosis konnte bei beiden Techniken, unabhängig von der applizierten Chemotherapie, beobachtet werden (p<0,0001). Die Gleichwertigkeit beider Methoden konnte durch den Äquivalenztest nach Westlake gezeigt werden (p< 0,01 bei 21,6Gy, p<0,01 bei 50,4G y).Radio- and chemotherapy cause DNA strand breaks that can be detected in peripheral blood by isolating and cultivating lymphocytes. The micronucleus test as well as the chromosome aberration technique are reliable methods to document cytogenetic damage in vivo and in vitro. Results and feasibility of both methods were examined and compared. All patients participated in the Chirurgische Arbeitsgemeinschaft für Onkologie (CAO)/Arbeitsgemeinschaft Radiologischer Onkologie (ARO)/Arbeitsgemeinschaft Internistische Onkologie (AIO)-04 study. In this study, patients with advanced rectal cancer (UICC stage II/III) are treated in a neoadjuvant setting with radiochemotherapy either in arm A with a standard chemotherapy regimen with fluorouracil (5-FU) (week 1+5 during radiotherapy, 1000mg/m2/d) or in arm B with an experimental chemotherapy regimen using 5-FU + oxaliplatin (5-FU d1-14 + d22-35, 250mg/m2/d; oxaliplatin (Ox) d1,8,22,29, 50mg/m2/d) additionally to radiotherapy at a dose of 50.4Gy (1.8Gy/d). 15 patients were treated according to arm A, 9 patients according to arm B, randomly. Peripheral blood lymphocytes (PBL) were obtained before (0Gy), during (21.6Gy) and after (50.4Gy) radiochemotherapy. Using the chromosome aberration technique the cell cycle was blocked by colcemid during metaphase and dicentric chromosomes were validated to display the cytogenetic damage. Using the micronucleus test cytokinesis was blocked by cytochalasin-B after the first mitotic division and the cytogenetic damage was evaluated by the number of micronuclei in relation to the number of binucleated lymphocytes. An increase in chromosome damage parallel to increasing radiation doses was observed for both techniques independent of the applicated chemotherapy (p<0,01). The equivalence of both methods was shown by Westlake s equivalence test (p<0.01 at 21.6Gy, p