nghiên cứu tổn thương nhiễm sắc thể do điều trị bằng i 131 ở bệnh nhân ung thư tuyến giáp thể biệt hóa báo cáo nghiệm thu

NHỮNG TÁC ĐỘNG TỪ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ADN Axít deoxyribonucleic BD Base damage tổn thương bazơ nitơ BLNST Biến loạn nhiễm sắc thể chromosome aberrations CHO Chinese hamster ovary buồng t

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM BỘ Y TẾ

BÁO CÁO NGHIỆM THU

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU TỔN THƯƠNG NHIỄM SẮC THỂ

BÁO CÁO NGHIỆM THU

(Đã chỉnh sửa theo góp ý của Hội đồng nghiệm thu)

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU TỔN THƯƠNG NHIỄM SẮC THỂ

Ở BỆNH NHÂN UNG THƯ TUYẾN GIÁP THỂ BIỆT HOÁ

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

(Ký tên)

CƠ QUAN QUẢN LÝ CƠ QUAN CHỦ TRÌ

(Ký tên/đóng dấu xác nhận) (Ký tên/đóng dấu xác nhận)

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

THÁNG 10/ 2008

MỤC LỤC

Mục lục Danh mục các chữ viết tắt Danh mục bảng

Danh mục đồ thị Danh mục ảnh minh hoạ

Phần I THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

Phần II NỘI DUNG ĐỀ TÀI

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

1.1 Tác động sinh học của bức xạ ion hoá 4

1.2 Nhiễm sắc thể người và sự biến loạn nhiễm sắc thể 8

1.3 Biến loạn nhiễm sắc thể ở bệnh nhân ung thư tuyến

giáp thể biệt hoá do điều trị 131I

24

1.4 Một số phương pháp nghiên cứu biến loạn NST 30

1.5 Ảnh hưởng của điều trị 131I liều cao đến khả năng sinh

sản và nguy cơ bệnh dị tật bẩm sinh

33

1.6 Tình hình nghiên cứu nhiễm sắc thể ở trong nước 35

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37

2.2 Dược chất phóng xạ, hoá chất và thiết bị 40

2.4 Các chỉ tiêu theo dõi, đánh giá tổn thương nhiễm sắc

thể

48

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 51

3 Ý nghiã cuả nghiên cứu biến loạn nhiễm sắc thể

Mục tiêu: 1 Xác định mối tương quan giữa tần suất

biến loạn nhiễm sắc thể ở máu ngoại vi của bệnh nhân ung thư tuyến giáp thể biệt hóa với liều điều trị 131 I

51

53

3.1 Tần suất biến loạn nhiễm sắc thể ở tế bào lympho máu

ngoại vi bệnh nhân ung thư tuyến giáp thể biệt hoá sau điều trị 131I

Mục tiêu 2 Đánh giá “hiệu ứng liều tích lũy” của

bệnh nhân ung thư tuyến giáp thể biệt hoá qua hai lần điều trị 131 I

53

61

3.2 Hiệu ứng liều tích lũy sau hai lần điều trị 131I với tần

suất biến loạn NST

Mục tiêu 3: Xác định thời gian bán biến, thời gian bán

hồi phục của các biến loạn nhiễm sắc thể không bền

để tiên lượng về an toàn bức xạ sau điều trị bằng 131 I

61

66

3.3 Thời gian bán biến, thời gian bán hồi phục của các

biến loạn nhiễm sắc thể không bền ở máu ngoại vi bệnh nhân ung thư tuyến giáp biệt hoá sau điều trị 131I

Mục tiêu 4 Khảo sát ảnh hưởng của bức xạ ion hoá

lên thai nhi của thai phụ có sử dụng 131 I liều cao trong điều trị ung thư tuyến giáp thể biệt hoá, thông qua các chỉ tiêu biến loạn cấu trúc nhiễm sắc thể ở máu ngoại vi

và tế bào dịch ối

66

79

3.4 Ảnh hưởng của 131I liều cao đến tần suất biến loạn

nhiễm sắc thể ở tế bào lympho máu ngoại vi và tế bào dịch ối

M ục ti êu 5 Thông qua tần suất biến loạn nhiễm sắc

thể tại thời điểm cao nhất để tính liều hấp thụ tương đương chiếu ngoài ở cơ thể bệnh nhân ung thư tuyến giáp thể biệt hoá

NHỮNG TÁC ĐỘNG TỪ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

ADN Axít deoxyribonucleic

BD Base damage (tổn thương bazơ nitơ)

BLNST Biến loạn nhiễm sắc thể (chromosome aberrations)

CHO Chinese hamster ovary (buồng trứng chuột Trung Quốc)

DSB Double strand break (đứt gãy chuỗi kép)

DR Damage ratio (tỉ lệ tổn thương)

DH Disappearance – halftime (thời gian bán biến)

dic dicentrics (nhiễm sắc thể hai tâm)

FBS Fetal bovin serum (huyết thanh phôi bò)

FSH Follicle stimulating hormone (Hormon kích thích nang noãn) FISH Fluorescence in situ hybridization (lai tại chỗ huỳnh quang)

fr fragment (mảnh nhiễm sắc thể)

Go Ký hiệu pha nghỉ trong chu trình tế bào

GBq Gyga becquerel (đơn vị SI đo hoạt độ phóng xạ) (1 GBq = 27 mCi)

GTD Gốc tự do

IAEA International atomic energy agency (Cơ quan Năng lượng Nguyên tử

Quốc tế) IRCP International radiological comission protection (hội đồng an toàn

bức xạ Quốc tế)

131I Iốt phóng xạ

“0” Ngay trước điều trị 131I lần đầu

UTTG Ung thư tuyến giáp (thyroid carcinoma)

LET Linear energy transfer (Sự truyền năng lượng tuyến tính của bức

xạ ion hoá)

MN Micronuclear (vi nhân)

mFISH multicolor fluorescence in situ hybridization (lai tại chỗ đa màu

huỳnh quang)

mi minute (hai chấm)

MIRD Medical internal – radiation dosimetry (định liều hấp thụ chiếu

trong bức xạ y tế) NST Nhiễm sắc thể (chromosome)

NStử Nhiễm sắc tử (chromatit)

Pha“S” Pha sinh tổng hợp ADN trong chu trình tế bào (synthesis)

PBS Dung dịch đệm phốt phát

p Vai ngắn nhiễm sắc thể

PCC Premature chromosomal condensation (ngưng tụ sớm nhiễm sắc

thể) PHA Phytohemagglutinin (chất kích thích tế bào phân chia)

q Vai dài nhiễm sắc thể

RH Recovery – halftime (thời gian bán hồi phục)

RR Recovery ratio (tỉ lệ hồi phục)

r ring (vòng)

SSB Single strand break (đứt gẫy chuỗi đơn)

SPECT Single photon emission computerized tomography (máy ghi hình

điện toán cắt lớp đơn photon ) Tr.ĐT Ngay trước điều trị 131I lần hai hoặc những lần tiếp theo

DANH MỤC CÁC BẢNG

2.1 Phân bố liều điều trị và số lượng metapha khảo sát 37 2.2 Phân bố số lượng thai phụ và số lượng metapha khảo sát 39 3.1 Tần suất biến loạn nhiễm sắc thể do tác động của tự nhiên 54 3.2 Tần suất biến loạn NST sau điều trị liều 1,11GBq 55 3.3 Tần suất biến loạn NST sau điều trị liều 3,70 GBq 59 3.4 Tần suất biến loạn NST sau điều trị lần hai liều 3,70 GBq 62 3.5 Tần suất biến loạn NST sau điều trị lần hai liều 5,55GBq 64 3.6 Thời gian bán biến sau điều trị lần 2 liều 5,55 GBq 69 3.7 Thời gian bán biến ứng với các liều điều trị 131I 69 3.8 Tỉ lệ hồi phục tương ứng với các liều điều trị 131I sau 180

ngày

73

3.9 Thời gian bán hồi phục sau điều trị liều 1,11GBq 73

3.10 Thời gian bán hồi phục biến loạn nhiễm sắc thể sau điều trị

3.13 Phân bố liều, số lần điều trị 131I của nhóm có thai 80

3.14 Tần suất biến loạn nhiễm sắc thể ở máu ngoại vi nhóm thai

phụ

81

3.15 Tần suất biến loạn nhiễm sắc thể bền ở nhóm thai phụ 82

3.16 Tần suất biến loạn cấu trúc nhiễm sắc thể tế bào dịch ối 85 3.17 Tình trạng sức khoẻ trẻ sơ sinh 92

3.18 Liều hấp thụ vào cơ thể tính tương đương với chiếu ngoài 92

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ

3.1 Động học biến loạn NST sau điều trị liều đơn 1,11 GBq 57

3.2 Động học biến loạn NST sau điều trị liều đơn 3,70 GBq 59

3.3 Động học biến loạn NST sau điều trị lần 2 liều 3,70GBq 62

3.4 Động học biến loạn NST sau điều trị lần 2 liều 5,55GBq 65

3.5 Hồi quy thời gian bán biến dic+r sau điều trị liều 1,11GBq 67

3.6 Hồi quy thời gian bán biến dic + r sau điều trị liều 3,70GBq 68

3.7 Thời gian bán biến nhiễm sắc thể ứng với liều 1,11 và 3,70 71

3.14 Tần suất biến loạn nhiễm sắc thể bền của hai nhóm thai phụ 89

DANH MỤC ẢNH MINH HOẠ

1.1 Tổn thương ADN do tác động của bức xạ ion hóa 7 1.2 Đứt nhiễm sắc tử đoạn cuối và đoạn giữa 12 1.3 Các kiểu đứt đoạn nhiễm sắc tử tương đồng 12

1.4 Khuyết nhiễm sắc tử 12 1.5 Trao đổi đối xứng kiểu nhiễm sắc tử giữa các NST 13

1.6 Trao đổi bất đối xứng kiểu nhiễm sắc tử giữa các NST 13

1.8 Cơ chế hình thành NST vòng khuyên 14

1.11 Các loại mất đoạn giữa nhiễm sắc tử 16

1.12 Chuyển đoạn bất đối xứng 16 1.13 Chuyển đoạn tương hỗ 17

2.1 Quy trình nuôi cấy, thu hoạch, nhỏ mẫu, nhuộm và phân tích 45

2.3 Nhiễm sắc thể nhuộm bằng kỹ thuật băng G 47

3.1 Biến loạn nhiễm sắc thể ở bệnh nhân sau điều trị liều

1,11GBq

57

3.2 Biến loạn NST sau điều trị liều đơn 3,70 GBq 58

3.3 Biến loạn NST sau điều trị 2 lần tổng liều 6,66GBq 63

3.4 Nhiễm sắc thể máu ngoại vi nhóm thai phụ nhuộm quy ước 81

3.5 Nhiễm sắc thể máu ngoại vi nhóm thai phụ nhuộm băng G 83

3.6 Nhiễm sắc thể tế bào ối của thai phụ đối chứng 84

3.7 Nhiễm sắc thể tế bào ối bị khuyết vai q NST số 1 85

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay trên thế giới việc sử dụng đồng vị phóng xạ trong các ngành

công nghiệp cũng như trong nghiên cứu y sinh học đang phát triển ngày càng

rộng rãi Đặc biệt là trong y học, các đồng vị phóng xạ đã được sử dụng có hiệu quả để chẩn đoán và điều trị bệnh Dược chất phóng xạ 131I đã được dùng

để điều trị bệnh Basedow, ung thư tuyến giáp thể biệt hóa từ năm 1942 [14], [15], phương pháp này tương đối đơn giản, dễ thực hiện, hiệu quả điều trị cao

131I tập trung vào các tế bào tuyến giáp theo cơ chế vận chuyển tích cực

và được lưu giữ ở tế bào nang tuyến giáp, làm giảm sự tưới máu, dẫn đến các

tế bào tuyến giáp bị xơ hóa và chết Bên cạnh đó,131I cũng làm tổn thương ADN, ion hóa các phân tử nội bào, ức chế hoặc làm chậm quá trình phân chia

tế bào, tạo gốc tự do và kích thích sự chết theo chương trình của tế bào nơi iốt phóng xạ tập trung Việc nghiên cứu những tổn thương gen do phóng xạ gây

ra đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm [29], [72], [120], [123] Các tác giả đã tiến hành các nghiên cứu tình trạng tổn thương ADN thông qua việc phân tích biến loạn NST ở máu ngoại vi của bệnh nhân ung thư tuyến giáp thể biệt hóa sau điều trị 131I, đồng thời đánh giá khả năng sinh sản và nguy cơ bệnh di truyền ở trẻ sơ sinh của những thai phụ ung thư tuyến giáp có tiền sử điều trị131I Sở dĩ như vậy vì tế bào lympho máu ngoại vi có số lượng lớn, đời sống dài, phân bố khắp cơ thể và tồn tại ở phase Go không phân chia Chúng có thể tích lũy, lưu giữ lại những tổn thương nhiễm sắc thể do bức xạ ion hóa tác động Cũng nhờ đặc điểm này mà hiệu ứng biến loạn nhiễm sắc thể ở tế bào lympho máu ngoại vi được coi là “dấu ấn sinh học” trong định lượng liều chiếu, lượng giá mức độ tổn thương phóng xạ trong lâm sàng nhằm làm cơ sở xác định thời gian cho những lần điều trị tiếp theo và cũng là chỉ tiêu để nghiên cứu ảnh hưởng của bức xạ ion hóa đến khả năng sinh sản, nguy

cơ bị bệnh di truyền tới trẻ sơ sinh ở những bệnh nhân có tiền sử điều trị phóng xạ Kết quả những nghiên cứu này còn để mở trong bàn luận

Trong nước cũng đã có một số công trình: nghiên cứu về biến loạn nhiễm sắc thể ở người bình thường của Ngô Gia Thạch, Trần Thị Thanh

Hương…, nghiên cứu về biến loạn nhiễm sắc thể dưới tác động của bức xạ ion hóa và một số hóa chất trong điều kiện in vitro của Trần Quế (2003) [7], [8], [10], nghiên cứu nhiễm sắc thể ở tế bào lympho máu ngoại vi và tế bào dịch ối trong xét nghiệm bệnh di truyền của Phùng Như Toàn, Phan Chiến Thắng, Bùi Võ Minh Hoàng (2006, 2007) [2], [11]

Tuy nhiên, chưa có công trình nào đề cập đến tần suất biến loạn nhiễm sắc thể ở bệnh nhân ung thư tuyến giáp thể biệt hoá sau điều trị bằng 131I liều cao, đặc biệt ở những phụ nữ còn trong độ tuổi sinh sản 131I phóng xạ gây ảnh hưởng như thế nào đến tần suất biến loạn nhiễm sắc thể? khả năng hồi phục các biến loạn đó ra sao? Nguy cơ bệnh di truyền tới trẻ sơ sinh của những thai phụ có tiền sử điều trị 131I liều cao? Đây là những vấn đề quan tâm của an toàn bức xạ và các nhà lâm sàng y học hạt nhân

Xuất phát từ những điều trình bày trên, chúng tôi đề xuất và được sự

chấp thuận thực hiện đề tài nghiên cứu với tiêu đề : “Nghiên cứu tổn thương nhiễm sắc thể do điều trị bằng 131 I ở bệnh nhân ung thư tuyến giáp thể biệt hoá”

Mục tiêu của đề tài:

1 Xác định mối tương quan giữa tần suất biến loạn nhiễm sắc thể

ở máu ngoại vi của bệnh nhân ung thư tuyến giáp thể biệt hóa với liều điều trị 131 I tại một số thời điểm trước và sau điều trị

2 Đánh giá “hiệu ứng liều tích lũy” của bệnh nhân ung thư tuyến giáp thể biệt hoá qua hai lần điều trị 131 I

3 Xác định thời gian bán biến, thời gian bán hồi phục của các biến loạn nhiễm sắc thể không bền để tiên lượng về an toàn bức xạ sau điều trị bằng 131 I

4 Khảo sát ảnh hưởng của bức xạ ion hoá lên thai nhi của thai phụ có

sử dụng 131 I liều cao trong điều trị ung thư tuyến giáp thể biệt hoá, thông qua các chỉ tiêu biến loạn cấu trúc nhiễm sắc thể ở máu ngoại vi và tế bào dịch ối

5 Thông qua tần suất biến loạn nhiễm sắc thể (dic+r) tại thời điểm cao nhất để tính liều hấp thụ tương đương chiếu ngoài ở cơ thể bệnh nhân ung thư tuyến giáp thể biệt hoá

Khía cạnh đạo đức của nghiên cứu

Các nội dung nghiên cứu và việc thực hiện nghiên cứu đề tài đã thoả mãn yêu cầu đạo đức:

1 Vấn đề nghiên cứu là có lợi cho bản thân đối tượng nghiên cứu và những bệnh nhân khác

2 Những ảnh hưởng có hại đã được đề phòng và giảm đến mức độ thấp nhất có thể chấp nhận được nếu tác dụng phụ xẩy ra

3 Đối tượng nghiên cứu được đảm bảo quyền được thông tin, giải thích trước khi chấp nhận cam kết nghiên cứu

4 Đối tượng nghiên cứu được đảm bảo quyền tự nguyện tham gia và quyền rút khỏi nghiên cứu ở bất kỳ giai đoạn nghiên cứu nào

5 Mọi thông tin kết quả nghiên cứu về đối tượng được sử dụng hợp lệ và không bị lạm dụng

Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 TÁC ĐỘNG SINH HỌC CỦA BỨC XẠ ION HÓA

Bức xạ ion hóa tác động lên các đối tượng sinh học theo hai cơ chế: trực tiếp và gián tiếp

1.1.1 Cơ chế tác động trực tiếp

Năng lượng bức xạ được truyền trực tiếp cho các phân tử sinh học, chủ yếu là các đại phân tử hữu cơ, gây tổn thương cả cấu trúc lẫn chức năng Sự biến đổi cấu trúc của các đại phân tử sinh học ảnh hưởng tới tốc độ của các phản ứng hóa sinh Phản ứng hóa học xảy ra giữa các phân tử bị tổn thương hoặc bị kích thích tạo ra những phân tử mới và lạ đối với mô sinh học, đa số

là chất độc có hại nên còn được gọi là độc tố phóng xạ Các hiệu ứng về nồng

độ, hiệu ứng nhiệt, hiệu ứng oxy và tác dụng của một số chất bảo vệ đã minh chứng cho quan điểm của cơ chế tác động trực tiếp [6]

1.1.2 Cơ chế tác động gián tiếp

Ngoài tác động trực tiếp, bức xạ ion hóa còn có tác động gián tiếp bằng con đường hình thành gốc tự do (GTD) Phân tử nước bị phân ly do tác động của bức xạ ion hoá hình thành các gốc tự do có hoạt tính hoá học mạnh

Trong mô sinh học, nước chiếm gần 80% khối lượng tế bào và có vai trò rất quan trọng Các tia bức xạ phân ly phân tử nước tạo ra hai gốc tự do H•,

OH•, OH• thường gây sai lệch cấu trúc phân tử sinh học và phá hủy màng tế bào Còn H• sẽ cùng với oxy phân tử tạo ra gốc hydroperoxyt

Cơ chế tạo ra các gốc tự do như sau:

H• + O2 => HO2• ( gốc tự do hydroperoxyt)

H• + OH• => H2O (kết hợp)

H• + H• => H2 ( hình thành dimer)

OH• + OH• => H2O2 (hình thành dimer peroxyt)

OH• + RH => R• + HOH (gốc chuyển đổi )

R• + O2 => RO2• (gốc peroxyt hữu cơ tự do ) [26]

GTD tấn công vào những phân tử sinh học quan trọng, vật chất di truyền, màng tế bào và các tế bào miễn dịch, là nguyên nhân của các quá trình bệnh lý, ung thư, lão hóa và rối loạn sự chết theo chương trình

GTD hình thành do tác động của môi trường sống nếu bị ô nhiễm kim loại nặng, hóa chất, độc tố gây ung thư, các tia bức xạ Tác động của bức xạ ion hóa cũng tương tự như tác động của những chất độc sinh ra trong hô hấp

tế bào, chỉ khác là trong hô hấp tế bào các GTD sinh ra mang tính cục bộ nên tác hại thường tập trung ở ADN, enzym và ty thể Ngược lại, với bức xạ ion hóa các GTD sinh ra ở khắp nơi, trong nội bào cũng như ngoại bào, do vậy hậu quả sẽ nặng nề hơn như gây đột biến gen, làm cho quá trình phân chia tế bào không được kiểm soát, do đó phát sinh ung thư

GTD thường tấn công vào các axit béo không no và màng sinh học tạo nên những phản ứng dây chuyền dẫn tới làm tan rã cấu trúc màng Ngoài các protein trên màng với chức năng là thụ cảm thể, kháng thể hay các enzym khi vận chuyển các chất qua màng cũng khá nhạy cảm với GTD Các GTD hình thành như: L•, HOO•, LO•, OH•, H,• LOO• gây tổn hại màng tế bào, rối loạn cân bằng nội môi, phá hủy cấu trúc màng, peroxyt hóa lipit màng lan truyền, biến đổi các protein màng, thay đổi tính thấm, tính đàn hồi và khả năng trao đổi chất của màng tế bào Bơm

Na+, K+ ATPaza bị tổn thương bởi HO•2 dẫn đến làm phù tế bào, mất cân bằng của

Ca++ nội môi làm rối loạn trao đổi ion qua màng, dẫn đến giảm ATP Khi màng tế bào bị tổn thương, sự trao đổi chất bị gián đoạn, tế bào sẽ bị suy yếu hoặc chết vì đói năng lượng, nhiễm độc bởi chất cặn bã

GTD còn phá hủy các tế bào bằng cách tấn công vào ADN và lysosom làm các enzym giải phóng từ lysosom tiêu hủy ngay chính tế bào hay phá hủy

tế bào bằng cách tạo ra các liên kết chéo giữa các protein với nhau, kết quả là

làm cho các phân tử protein đông vón lại không đảm đương được các chức năng sinh lý bình thường

Những tác động kéo dài của các GTD lên hệ thống miễn dịch có thể dẫn đến hậu quả làm giảm sức đề kháng, làm tăng nguy cơ mắc các bệnh như bệnh tự miễn, bệnh viêm thoái hóa và ung thư…

Trong quá trình bảo vệ cơ thể, chính bạch cầu bị chết và giải phóng ra hàng loạt gốc tự do cũng góp phần làm suy giảm và sai lệch hệ thống miễn dịch, hậu quả là suy giảm sức đề kháng của cơ thể

Tác dụng trực tiếp và gián tiếp gây nên tổn thương các phân tử sinh học

cả về cấu trúc, chức năng, tổn thương tế bào và có thể gây chết tế bào Trong tổn thương ở mức độ phân tử, được quan tâm nhất là ADN – phân tử vật chất

di truyền của tế bào

1.1.3 Tổn thương phân tử ADN

Trong các sản phẩm phân ly từ phân tử nước có khoảng 55% là H· và OH•, chúng tồn tại khoảng 10-11 giây, đủ để làm tổn thương ADN và các đại phân tử khác

Bức xạ ion hóa gây nên các đứt gãy cấu trúc phân tử ADN ở mọi mối liên kết giữa các nucleotid với nhau hay ngay trong một nucleotid, ở những khung phân tử bazơ nitơ hoặc đường 5 carbon hoặc liên kết các thành phần trong nucleotid Đứt gãy chuỗi bao gồm đứt gãy 1 chuỗi polynucleotid (đứt gãy đơn - SSB) hoặc đứt gãy cả hai chuỗi polynucleotid (đứt gãy kép - DSB) Ngoài ra bức xạ ion hóa cũng tạo ra những tổn thương bazơ nitơ (BD) [26], [78], [104] Tia X, tia Gamma gây đứt gãy đơn và tổn thương bazơ nitơ với tỉ

lệ như nhau Vander Schans (1982) chứng minh cứ 10 - 20 đứt gãy đơn thì có

1 đứt gãy kép được tạo thành Các bức xạ ion hóa như tia neutron, α gây đứt gãy kép cao hơn và cũng gây nên những biến loạn nhiễm sắc thể (NST) nhiều hơn so với tia X và tia Gamma Nhìn chung các tác giả đều nhận thấy đứt gãy đơn ít có vai trò trong việc hình thành biến loạn NST Chẳng hạn chiếu tia X liều 1 rad lên tế bào động vật có vú có thể gây nên khoảng 10 đứt đơn trên mỗi tế bào nhưng thời gian phục hồi đứt đơn rất nhanh, t1/2 chỉ khoảng 10 phút

Để tạo thành những biến loạn NST, thì những đứt gãy đơn phải chuyển thành đứt gãy kép Nếu những đứt gãy đơn xảy ra ở trên hai chuỗi xoắn kép ADN có vị trí lệch nhau không quá 5 bazơ thì sẽ dẫn đến một đứt gãy kép Với những tia bức xạ có độ truyền năng lượng tuyến tính thấp (LET), thì tỉ lệ đứt gãy đơn với đứt gãy kép là 10:1, trong khi đó nếu độ truyền năng lượng tuyến tính của tia bức xạ (LET) cao thì tỉ lệ này gần bằng nhau và thời gian hồi phục một nửa của đứt gãy kép khoảng trên 1 giờ [6], [26], [102]

Một số công trình nghiên cứu gần đây đều chứng minh rằng những tổn thương Bazơ nitơ thường do GTD gây nên và xảy ra ở thymine nhiều hơn ở các bazơ khác Sự hồi phục của những bazơ này hiện đang là vấn đề đặt ra đối với lĩnh vực nghiên cứu sinh học phân tử [62] Các kiểu tổn thương ADN do bức xạ ion hoá gây ra được mô tả hình 1.1

Hình 1.1: Tổn thương ADN do tác động của bức xạ ion hóa

Theo Muller, Natarajan, Obe (1982, 1984, 1996)

Sự hồi phục những tổn thương ADN là nhờ các enzym hay trực tiếp theo cơ chế thắt nút hoặc cơ chế cắt bỏ, diễn ra theo nhiều bước Trước tiên khu vực tổn thương được đánh dấu, tiếp đến là sự cắt bỏ tổn thương, cuối

cùng là sự sinh tổng hợp để hồi phục chỗ tổn thương trên cơ sở sử dụng sợi không bị tổn thương làm khuôn mẫu cùng với sự tác động của enzym polymera

Obe, Hamlet, Klimov, Forell (1982) cho rằng tế bào lympho ở giai đoạn Go cũng có khả năng phục hồi những tổn thương ADN do bức xạ gây ra Khả năng phục hồi này tăng gấp khoảng 20 lần so với những tế bào lympho được kích thích bởi Phytohemagglutinin (PHA) [93]

Các tổn thương ADN hầu hết được hồi phục trong khoảng thời gian ngắn, chỉ một số đứt gãy kép không hồi phục và dẫn đến biến loạn NST Trong an toàn bức xạ và lâm sàng y học hạt nhân người ta quan tâm chủ yếu đến biến loạn NST vì chúng sẽ được truyền lại trong các lần phân chia tế bào tiếp theo

Do đó, các công trình nghiên cứu chủ yếu tập trung đánh giá mức độ tổn thương của bức xạ ion hoá gây ra thông qua chỉ tiêu biến loạn NST

NHIỄM SẮC THỂ NGƯỜI VÀ SỰ BIẾN LOẠN NHIỄM SẮC THỂ

Bộ nhiễm sắc thể người

Các nghiên cứu sinh học phân tử đã khẳng định toàn bộ chiều dài các phân tử ADN của bộ gen người được quy định khoảng 6 tỉ cặp base [54] sắp xếp trong 22 cặp NST thường và 1 cặp NST giới tính [65] Mỗi NST chỉ có một phân tử ADN kết hợp với các protein [91], [92], [98] xoắn kép thành sợi

có đường kính xấp xỉ 230 Å

Trong các tế bào sinh dưỡng, các NST thường tồn tại thành từng cặp, gọi là cặp NST thường, trong đó 1 của mẹ, một của cha; mỗi chiếc mang cùng một số gen phân bố theo cùng thứ tự Vì vậy, số lượng NST trong mỗi tế bào bình thường luôn là bội số của 2, được gọi là lưỡng bội (2n)

Trong tế bào giao tử, mỗi cặp NST tương đồng chỉ còn một chiếc, do vậy số lượng NST trong giao tử là đơn bội (n) Ở người, có 46 NST sắp xếp thành 23 cặp, trong đó có 22 cặp NST thường và 1 cặp NST giới tính [2] Các NST thường ở nam và nữ đều có kích thước và hình dạng giống nhau từng đôi một Cặp NST giới tính nam gồm 1 NST X và 1 NST Y, NST Y có kích thước nhỏ hơn NST X rất nhiều, còn cặp NST giới tính ở nữ gồm 2 chiếc XX giống nhau Tại hội nghị Paris (1971) và hội nghị Basel (1985), các nhà di truyền đã thống nhất sắp xếp bộ NST người thành 7 nhóm theo đặc điểm kích thước tương đối và vị trí tâm động từ A - G [24], [65], [98], [99]

Cuối mỗi vai q và p của NST là phần ADN có cấu trúc lặp lại trên vùng đầu mút có trình tự nucleotid TTAGGG được lặp lại nhiều lần [99], [123], [141], cho nên khi bị đứt vùng đầu mút thì những vị trí mới bị đứt có khả năng liên kết với nhau tạo nên những biến loạn NST

1.2.2 Bi n lo n nhi m s c th

Nhiều bằng chứng xác nhận tổn thương ADN là nguyên nhân trong việc gây lên biến loạn NST Tổn thương trên phân tử ADN được tạo ra bởi tác động hóa lý hoặc do bức xạ ion hóa như đứt gãy đơn, đứt gãy kép, tổn thương bazơ nitơ các loại, đứt gãy các liên kết chéo giữa ADN – ADN, liên kết chéo giữa ADN – protein, sự alkyl hoá các nhóm đơn chức, đứt gãy liên kết phosphodiester… Những tổn thương này có thể hồi phục hoặc sẽ trở thành nguyên nhân dẫn đến biến loạn NST

Trong những năm gần đây, nhiều công trình nghiên cứu nhằm xác định vai trò của các loại tổn thương ADN do bức xạ ion hóa gây nên dẫn đến biến loạn NST Tần suất biến loạn NST có liên quan đến tần suất hồi phục tổn thương ADN Những tổn thương ADN lại phụ thuộc vào độ nhạy cảm bức xạ ion hóa của cùng một loại tế bào ở những loài khác nhau hay ở những loại tế bào khác nhau trên cùng một loài [93]

Sax & Stadler (1941) [114] đề xuất giả thuyết “đứt gãy” để giải thích

sự hình thành biến loạn NST Thuyết này cho rằng những đứt gãy sơ cấp của NST do tác động trực tiếp của bức xạ ion hóa ở thời điểm gian kỳ Những đứt gãy này có thể hồi phục, nên NST vẫn giữ nguyên cấu trúc và hình dạng ban đầu Nếu không hồi phục thì những điểm vừa đứt gãy có thể tương tác và nối lại để hình thành NST mới có những biến loạn kiểu trao đổi, hoặc giữ nguyên hình thành những NST mất đoạn cuối Như vậy cần có hai đứt gãy độc lập để hình thành một biến loạn NST kiểu trao đổi Những năm 1954, 1974, 1985 Revell đã nghiên cứu và đề xuất thuyết “trao đổi”; thuyết này cho rằng những đứt gãy sơ cấp không phải là đứt gãy thật sự mà chỉ là sự “mất tính bền cục bộ” trong cấu trúc NST Sự mất tính bền cục bộ này có thể được hồi phục trực tiếp hoặc dẫn đến “điểm khởi đầu trao đổi” Sự tương tác giữa hai “điểm khởi đầu trao đổi” dẫn đến hình thành biến loạn NST thực sự trong quá trình trao đổi [31] Natarajan (1981) cho rằng giả thuyết này chỉ đúng với những điều kiện đặc biệt nhất định, nhưng đối với những biến loạn NST do bức xạ ion hoá gây ra thì giả thuyết của Sax & Stadler phù hợp hơn Đường cong hiệu ứng biến loạn NST kiểu trao đổi đều tuân theo hàm mũ, chứng tỏ những biến loạn NST kiểu trao đổi được tạo nên bởi hai “cú đánh” [93] Phương pháp chiếu xạ phân đoạn cho thấy tần suất biến loạn NST của 2 lần chiếu xạ sẽ thấp hơn một lần chiếu với liều tương đương vì có sự hồi phục trong khoảng thời gian giữa 2 lần chiếu Những giả thuyết này được chứng minh trong nội dung

“hiệu ứng tích lũy” và định luật Blair [93]

Phân loại biến loạn nhiễm sắc thể

Biến loạn NST bao gồm thay đổi về số lượng và biến loạn cấu trúc NST

Số lượng NST trong một tế bào có thể tăng hoặc giảm do nguyên nhân sai sót trong quá trình hình thành giao tử

Biến loạn cấu trúc NST đều được hình thành từ sự tái liên kết giữa các

“đầu dính” Sự tái liên kết giữa các mảnh NST có các “đầu dính” do đứt gãy

kép trước pha S tạo ra những biến loạn cấu trúc NST, sự tái liên kết các “đầu dính” do đứt gãy đơn trước pha S tạo nên những biến loạn kiểu nhiễm sắc tử

Những biến loạn này phụ thuộc vào tác nhân gây tổn thương, loại tổn thương gây ra trên phân tử ADN và phụ thuộc vào giai đoạn của tế bào trong chu trình tế bào

Ở tế bào sinh dưỡng của sinh vật bậc cao, chu trình tế bào diễn ra theo 4 pha với trình tự là G1, S, G2 và M Ba pha đầu thuộc giai đoạn gian kỳ Nếu tổn thương xảy ra ở pha G1 thì sẽ là tổn thương kiểu NST Tổn thương được nhân đôi cùng với sự nhân đôi của ADN Nếu tổn thương xảy ra ở pha S hoặc pha G2 thì đó là kiểu tổn thương nhiễm sắc tử Chính vì vậy, các tác giả thường phân chia biến loạn NST thành biến loạn cấu trúc kiểu nhiễm sắc tử và biến loạn cấu trúc kiểu NST [62], [63]

Trong điều kiện tự nhiên vẫn tồn tại một tỉ lệ biến loạn NST nhất định Các tác nhân hoá lý như bức xạ ion hoá, hóa chất, nhiệt độ…không gây nên một kiểu biến loạn NST mới, mà chỉ làm tăng tần suất biến loạn [124]

Tế bào lympho ở máu ngoại vi thường tồn tại ở phase G1 của chu trình

tế bào Do đó những biến loạn do bức xạ ion hóa gây ra ở tế bào lympho thường là những biến loạn kiểu NST [112]

Biến loạn kiểu nhiễm sắc tử

Biến loạn nhiễm sắc tử (NStử) là các kiểu biến loạn chỉ thay đổi cấu trúc của 1 trong 2 NStử của NST Trong nghiên cứu những biến loạn NStử là

do tổn thương phân tử ADN trước pha S nên người ta chỉ quan tâm đến cơ chế hình thành biến loạn từ những tổn thương do đứt gãy đơn

Đứt đơn là hiện tượng một đoạn của nhiễm sắc tử bị đứt tách ra xa phần nhiễm sắc tử còn lại, khoảng cách từ nhiễm sắc tử còn lại tới đầu mút vừa đứt thường lớn hơn đường kính của nhiễm sắc tử, hoặc có một vùng không bắt màu có chiều rộng lớn hơn chiều rộng của nhiễm sắc tử được minh hoạ ở hình 1.2

Hình 1 2: Đứt nhiễm sắc tử đoạn cuối và đoạn giữa

(Theo David Gisselsson (2001) [56] )

Sự tham gia của hai đứt gãy đơn trên hai nhiễm sắc tử tại một vị trí

giống nhau sẽ tạo thành kiểu biến loạn cấu trúc NStử phức tạp như hình 1.3

Hình 1.3: Các kiểu đứt đoạn nhiễm sắc tử tương đồng

(Theo David Gisselsson (2001) [56])

Một chỗ nào đó không liên tục do không bắt màu, có độ lớn thường không lớn hơn đường kính của NStử được xác định là khuyết đơn Nếu không bắt màu xảy ra trên cả 2 nhiễm sắc tử ở vị trí giống nhau thì đó là khuyết kép

Hình 1.4: Khuyết nhiễm sắc tử

(Theo David Gisselsson (2001) [56])

Nếu tổn thương đứt gãy NStử đơn, kép trên 2 hay nhiều NST trước pha

S thì sự tái liên kết hoàn toàn của 4 “đầu dính” tạo nên biến loạn như hình 1.5

Hình 1.5: Trao đổi đối xứng kiểu nhiễm sắc tử giữa các nhiễm sắc thể

(Theo David Gisselsson (2001) [56])

Trường hợp đứt gãy giữa hai sợi đơn khác nhau hoặc trên cùng một sợi đơn như hình 1.6 thì cả 4 đầu tự do đều có khả năng liên kết với nhau để tạo thành những kiểu biến loạn phức tạp Nếu có hai đứt gãy đơn, 1 đứt gãy kép trên 3 NST thì sự tái liên kết hoàn toàn sẽ tạo nên kiểu biến loạn triradical như hình 1.7

Hình 1.6: Trao đổi bất đối xứng kiểu nhiễm sắc tử giữa các nhiễm sắc thể

(Theo David Gisselsson (2001) [56])

Hình 1.7: Dạng triradical

(Theo David Gisselsson (2001) [56])

Những kiểu biến loạn NST nêu trên chỉ là những kiểu đặc trưng thường gặp Cơ chế hình thành biến loạn NST chỉ đúng trong trường hợp tổn thương ADN không hồi phục

Nghiên cứu của Bachetti, Bender, Johansen, Natarajan, Preston, Sperling… đã chứng minh những đứt gãy đơn do bức xạ gây nên ở tế bào

sinh vật được phục hồi rất nhanh ngay sau khi tổn thương Điều đó lý giải tại sao tần suất biến loạn nhiễm sắc tử rất thấp ở tế bào lympho máu ngoại vi ở những người bị chiếu xạ [90], [104], [114]

Biến loạn kiểu nhiễm sắc thể

Biến loạn NST là những kiểu biến loạn xảy ra trên cả hai NStử của NST, bao gồm kiểu đa tâm, mảnh không tâm, vòng có tâm và không tâm, kiểu chuyển đoạn và đảo đoạn

Cơ chế hình thành biến loạn NST được giải thích theo thuyết tái hợp và trao đổi các mảnh có “đầu dính” của Evans, Natarajan, Revell, Sax [41], [90], [114] Sự hình thành các kiểu biến loạn cấu trúc NST trong tế bào có các “đầu dính” không chỉ phụ thuộc vào số lượng đứt gãy chuỗi xoắn kép ADN mà còn phụ thuộc vào cơ hội gặp nhau giữa các “đầu dính” [90], [113] Cơ chế hình thành các kiểu biến loạn cấu trúc đa tâm, mảnh không tâm, vòng có tâm và không tâm, chuyển đoạn, đảo đoạn là một quá trình tái liên kết giữa các “đầu dính” theo giả thuyết đổi chỗ và nội trao đổi

Trường hợp trong tế bào có hai đứt gãy kép trên 3 NST thì sẽ tạo ra 8

“đầu dính” theo hai nhóm, xác suất liên kết của 4 “đầu dính” ở mỗi nhóm là như nhau Nếu đứt gãy kép trên hai vai 1 NST sẽ tạo ra NST 3 tâm [56]

Hình 1 8: Cơ chế hình thành nhiễm sắc thể vòng khuyên

(Theo Tamara V., M Prakash Hande…[57], [58])

Trường hợp hai đứt gãy kép xảy ra trên hai vai 1 NST (hình 1.8) sẽ tạo

ra 4 “đầu dính”, nếu liên kết hoàn toàn sẽ tạo thành NST hình vòng có tâm kèm mảnh không tâm hoặc đảo đoạn (hình 1.15)

Trong tế bào có hai đứt gãy kép trên 2 NST (hình 1.9) sẽ tạo thành 4

“đầu dính” của hai mảnh có tâm và hai mảnh không tâm, nếu liên kết hoàn toàn theo từng cặp thì tạo nên một biến loạn 2 tâm và mảnh không tâm

Hình 1 9: Cơ chế hình thành nhiễm sắc thể hai tâm

(Theo Tamara V., M Prakash Hande…[57], [58])

Liên kết sẽ tạo nên 4 kiểu biến loạn cấu trúc hình vòng kèm 2 mảnh không tâm hoặc 1 NST có kích thước ngắn kèm một mảnh không tâm hay một hình vòng có tâm và một minut (hình 1.8, hình 1.10)

Hình 1.10: Các loại mất đoạn nhiễm sắc thể

(Theo Tamara V., M Prakash Hande…[57], [58])

Giả thuyết của Savage [113] cho rằng quá trình tái liên kết do một tổn thương hai đứt gãy đơn không xảy ra sẽ tạo thành biến loạn không tâm và một NST có kích thước ngắn hơn như hình 1.11

Hình 1.11: Các loại mất đoạn giữa nhiễm sắc tử

(Theo Tamara V., M Prakash Hande…[57], [58])

Trong chuyển đoạn bất đối xứng giữa những NST thường tạo ra những NST 2 tâm hoặc NST ba tâm Khi phân tích thường thấy đi kèm với 1 NST hai tâm là một mảnh, một 3 tâm là 2 mảnh Các trao đổi đoạn thường tạo ra NST loại hai tâm cao hơn rất nhiều so với những tổn thương khác gây ra do phóng xạ Chính vì vậy chỉ tiêu hai tâm thường được dùng để đánh giá liều chiếu Cơ chế hình thành như hình 1.12

Hình 1.12: Chuyển đoạn bất đối xứng

(Theo Tamara V., M Prakash Hande…[57], [58])

Chuyển đoạn đối xứng giữa những NST, là hiện tượng trao đổi đoạn giữa 2 NST, mỗi NST bị đứt ở 1 vị trí, chúng trao đổi đoạn đứt cho nhau để hình thành 2 NST mới Những NST mới này đều thay đổi về hình thái Nếu những đoạn trao đổi khác nhau về kích thước còn được gọi là chuyển đoạn

tương hỗ

Chuyển đoạn hoà nhập tâm chỉ xảy ra đối với những NST tâm đầu Trong kiểu chuyển đoạn này, 2 NST bị đứt ở vùng gần tâm, đoạn đứt chuyển

đoạn cho nhau, kết quả tạo nên 1 NST bất thường và 1 NST rất nhỏ có thể bị tiêu biến đi

Trong bộ NST sẽ thiếu 2 NST tâm đầu, thay vào đó xuất hiện 1 NST tâm giữa lớn có kích thước tương tự NST nhóm A (chuyển đoạn giữa nhóm D/D) hoặc 1 NST tâm lệch có kích thước tương tự nhóm C (chuyển đoạn D/G) hoặc 1 NST tâm giữa nhỏ (chuyển đoạn G/G)

Hình 1.13: Chuyển đoạn tương hỗ

(Theo Tamara V., M Prakash Hande…[57], [58])

Liên kết hoàn toàn giữa các “đầu dính” còn tạo ra đảo đoạn ngoài tâm hoặc đảo đoạn quanh tâm (hình 1.14, hình 1.15)

Hình 1.14: Đảo đoạn quanh tâm

(Theo Tamara V., M Prakash Hande…[57], [58])

Hình 1.15: Đảo đoạn ngoài tâm

(Theo Tamara V., M Prakash Hande…[57], [58])

Giả thuyết của Savage giải thích biến loạn cấu trúc NST phụ thuộc vào

số lượng đứt gãy đôi và sự tái liên kết các mảnh có “đầu dính” đã lý giải được

số lượng đơn vị nhiễm sắc trong tế bào luôn được bảo đảm đủ 46 khi các mảnh sinh ra được tái liên kết hoàn chỉnh Số lượng đơn vị nhiễm sắc sẽ lớn hơn 46 khi các mảnh đứt gãy không liên kết hoàn toàn

Bender, Lloyd và Sax cho rằng hai đứt gãy đơn gần nhau cũng có vai trò giống như đứt gãy kép trong việc tạo ra các “đầu dính” [77], [114] Hai đứt gãy kép được tạo ra do tác động trực tiếp thì hai đứt gãy đơn có thể được tạo ra do hồi phục nhầm lẫn từ các tổn thương khác hoặc hồi phục thiếu

Các kiểu biến loạn cấu trúc NST chỉ đúng trong trường hợp các tổn thương ADN không hồi phục Bender, Johansen, Natarajan, Preston, Sperling, Van Zeeland xác nhận những đứt gãy đơn do bức xạ ion hoá gây nên ở tế bào sinh vật được hồi phục nhanh sau khi bị tổn thương

Trong tổn thương phân tử ADN do tác động của hoá chất còn phức tạp hơn những tổn thương do bức xạ ion hoá gây ra Obe, Muler, Natarajan đã xác định những tổn thương phân tử ADN do hoá chất vừa theo kiểu tia tử ngoại vừa theo kiểu bức xạ ion hoá

Do đó trong thực tế khi nghiên cứu đánh giá những tổn thương ADN

do tác động của bức xạ ion hoá cũng rất dễ gặp sai sót, thậm chí trong cùng một thời điểm nghiên cứu nhưng thực hiện trên đối tượng khác nhau, có điều kiện chế độ dinh dưỡng khác nhau cũng có thể cho kết quả dao động khác nhau

Khác với bức xạ ion hoá, các đứt gãy kép do hoá chất thường là những đứt gãy kép gián tiếp do hồi phục khuyết các tổn thương liên kết hoặc tổn thương bazơ nên thường là dạng đơn, khả năng liên kết hoàn toàn các “đầu dính” tự do thấp, tính chất bảo toàn đơn vị nhiễm sắc trong tế bào thấp Ngoài

ra hoá chất còn tác dụng làm bất hoạt các enzym hồi phục, do đó những đứt gãy đơn tồn tại được qua pha S để hình thành kiểu biến loạn NStử Đây là những đặc điểm để phân định hậu quả tác động của phóng xạ hay hoá chất trong quá trình nghiên cứu

Biến loạn nhiễm sắc thể bền và không bền

+ Biến loạn nhiễm sắc thể bền

Biến loạn NST bền là những biến loạn mà không bị đào thải trong quá trình phân bào, chúng tồn tại và tham gia vào quá trình phân bào tiếp theo Như vậy, khi bức xạ ion hóa tác động vào tế bào sinh dục thì có thể gây đột biến cho thế hệ sau, hoặc một lượng lớn tế bào sinh dưỡng mang một loại biến loạn NST bền giống nhau có thể dẫn đến ung thư hay có thể di truyền cho thế hệ sau Những biến loạn NST bền thường hay gặp như mất đoạn, đảo đoạn, nhân đoạn, chuyển đoạn…Nếu bộ NST mang một trong những biến loạn này thì sẽ có biểu hiện kiểu hình dị dạng, hoặc sẩy thai liên tiếp, nếu di truyền cho thế hệ sau thì sinh con sẽ bị dị tật bẩm sinh [58]

+ Biến loạn nhiễm sắc thể không bền

Thông thường những chuyển đoạn bất đối xứng (tạo ra mảnh không tâm) không những chỉ bị mất một phần NST không tâm trong quá trình phân bào, mà ngay cả NST có tâm động mang biến loạn cũng có thể bị mất vì lý do

cơ học

NST hai tâm là loại biến loạn chính được dùng làm liều kế sinh học trong những nghiên cứu về ảnh hưởng của bức xạ ion hóa trên cơ thể sinh vật Những NST hai tâm được sắp xếp trên thoi vô sắc theo hai cách:

- Cả hai tâm động của một nhiễm sắc tử đơn cùng được kéo về một tế bào con

- Hai tâm động của nhiễm sắc tử đơn bị kéo về các phía khác nhau làm xuất hiện cầu của kỳ sau Các NST tạo cầu ở kỳ sau hình thành nhân con, nên dẫn đến mất biến loạn

Đặc biệt với NST hai tâm thường có sự vặn xoắn vào nhau giữa hai tâm động, dẫn đến làm hai tâm động cài vào nhau ở kỳ sau cho dù các tâm động trên cùng một nhiễm sắc tử chỉ được kéo về một trong hai tế bào con Cấu trúc NST vòng khuyên cũng bị mất đi tương tự nếu có sự trao đổi diễn ra giữa các nhiễm sắc tử chị em dẫn đến các hiện tượng tạo các “vòng”, làm cho các nhiễm sắc tử cài vào nhau không tách ra ở kỳ sau Ngoài ra trong quá trình trao đổi giữa các NST còn có sự tương tác trực tiếp của tia bức xạ làm đứt gãy NST để tạo ra những mảnh không tâm và những chấm nhỏ Biến loạn này sẽ mất dần trong quá trình phân bào [58], [63]

Biến loạn nhiễm sắc thể ở tế bào lympho người

Phát minh kỹ thuật nuôi cấy tế bào lympho trong các môi trường của Moorehead, Nowell (1960) được đánh giá là một trong những thành tựu to lớn thúc đẩy sự phát triển nghiên cứu di truyền học tế bào và những ứng dụng của nó trong y học ở thế kỷ XX Năm 1982 kỹ thuật phân tích biến loạn NST

ở tế bào lympho máu ngoại vi của người được Cơ quan Năng lượng Nguyên

tử Quốc tế (IAEA) khuyến cáo áp dụng để đo liều phóng xạ Biến loạn NST ở

tế bào lympho máu ngoại vi có những đặc trưng riêng phản ánh khách quan

và chính xác tác động của phóng xạ lên con người [91], [118], [131]

Tế bào lympho người là loại bạch cầu đơn nhân chiếm 20% tổng số bạch cầu trong cơ thể Chúng sinh ra từ các hạch bạch huyết, chủ yếu là ở tuyến ức, với số lượng khoảng 500 x 109 tế bào lympho (ở người trưởng thành khoẻ mạnh) lưu thông trong máu ngoại vi phân bố đều khắp cơ thể Buckton, Dolphin, Lloyd, Norman, Ramalho đã chứng minh được thời gian sống một nửa của tế bào lympho thường là 4 năm, một số tồn tại lâu hơn, đến vài chục năm [32], [95] Có khoảng 99% tế bào tồn tại lâu dài ở pha Go trong cơ thể, không phân chia, nên có thể lưu giữ được hầu hết các biến loạn nhiễm sắc thể

do ảnh hưởng của bức xạ ion hóa in vivo cũng như in vitro Nghiên cứu của Bazerska, Bender, Breman, Clemenger cho thấy có sự giống nhau về tần suất biến loạn NST giữa các tế bào lympho máu ngoại vi bị chiếu xạ in vitro với các mẫu máu của bệnh nhân được phân tích sau khi xạ trị cùng liều [46], [78], [111] Việc phân tích biến loạn NST ở lần phân chia đầu tiên của tế bào cho ta biết kiểu tổn thương ADN do tác nhân phóng xạ gây nên Để đảm bảo khách quan và chính xác, cần phải phân tích biến loạn NST của tế bào lympho in vivo cũng như in vitro ở chu kỳ phân bào đầu tiên Do đó, thời gian nuôi cấy thích hợp đã được các tác giả Fabry, Kodama, Natarajan, Sasaki…xác định là 48 giờ [42], [91]

Tế bào lympho T trưởng thành có đời sống dài cho phép có thể phát hiện biến loạn NST trong nhiều tháng, thậm chí nhiều năm sau chiếu xạ ở tế bào lympho máu ngoại vi Dưới tác động của bức xạ ion hóa, biến loạn NST xảy ra không chỉ ở tế bào lympho đã trưởng thành mà cả ở những tế bào non trong tuỷ xương, trong hạch lympho và một số cơ quan khác Các tế bào gốc

có biến loạn NST không đối xứng (hai tâm) chết ngay khi phân chia Còn các

tế bào có biến loạn NST đối xứng (chuyển đoạn ) sống sót và NST đã bị biến đổi được truyền lại cho các tế bào mới trong quá trình phân chia Biến loạn NST đối xứng được coi là bền vì chúng tồn tại nhiều năm Ngày nay, bằng kỹ

thuật FISH có thể xác định được tần suất biến loạn NST chuyển đoạn tương đối dễ dàng, cho phép đánh giá liều chiếu toàn thân xảy ra trong quá khứ Chẳng hạn có thể xác định liều chiếu toàn thân cách đây trên 50 năm ở những người sống sót sau vụ ném bom nguyên tử ở Hiroshima và Nagasaki

Biến loạn nhiễm sắc thể ở tế bào lympho người trong tự nhiên

Nghiên cứu của Buckton, Evan, Tonomura không phát hiện thấy biến loạn NST ở trẻ sơ sinh [41], [124] Như vậy biến loạn NST có khả năng được hình thành do tác động của các yếu tố đột biến tự nhiên Tuổi càng cao, tần suất biến loạn NST càng tăng lên Tonomura cho thấy tần suất biến loạn NST hai tâm ở tế bào lympho phụ thuộc vào tuổi theo phương trình:

y = 2,18.10-4 + 1,7.10-4X (y = NST hai tâm, X = tuổi/10) [124]

Kết quả khảo sát của Lloyd cho thấy tần suất biến loạn NST đa tâm ở

42 cộng đồng dân cư khác nhau trên thế giới dao động từ 0 đến 0,39%, mảnh không tâm từ 0 đến 1,5% [73] O’Riodan (1978) xác định tần suất đứt gãy NST khoảng 0,10% [73] Hầu hết kết quả nghiên cứu của Awa (1983, 1992), Bender (1988), Leonard (1987), Darroudi F.(2007) đều cho thấy tần suất biến loạn NST đa tâm ở các cộng đồng dân cư tự nhiên đều dưới 0,28%, mảnh không tâm 1,05% và đứt NSTử dưới 2,0% [15], [35], [73], [124] Radhia M’Kacher, Martin Schlumberger, Jean-Denis Légal, Dominique Violot (1998) [82], [107] khảo sát 3540 tế bào lympho máu ngoại vi bình thường gặp

6 NST hai tâm và 7 chuyển đoạn ở NST số 4 trên 3600 tế bào (tương đương 1,9/1000 tế bào)

T.T.T Huong, I Szentesi và A Czeizel (1998) [59] đã khảo sát tần suất biến loạn NST không bền: hai tâm, vòng, mảnh ở máu ngoại vi phụ nữ không

có thai (đối chứng) là 1 ± 0,14%, thai phụ đối chứng: 1 ± 0,13%, thai phụ bị

nhiễm độc thuốc: 20 ± 2,2% và nhóm không có thai bị nhiễm độc là 23 ± 2,8%

Biến loạn nhiễm sắc thể ở tế bào lympho người có liên quan đến phóng xạ

Các nghiên cứu tần suất biến loạn NST của các cộng đồng dân cư sống gần những vùng có thử bom hạt nhân, những vùng bị tai nạn hạt nhân, hay những khu vực khai thác quặng uranium đều cho thấy tần suất biến loạn NST tăng rõ rệt so với những vùng đối chứng Dolphin cho biết tần suất biến loạn NST hai tâm của công nhân làm việc trong môi trường có sự phân rã của plutonium là 0,5% (đối chứng là 0,25%) Pohl – Ruling, Scheminzky (1977) khảo sát nhóm dân cư sống trong môi trường Badgastein (Áo) có phông phóng xạ cao, thấy tần suất biến loạn NST mảnh không tâm là 0,73 – 0,85%, hai tâm là 0,15 – 0,28% Franca khảo sát dân cư sống trong vùng có phông phóng xạ cao tại Brazil đã cho thấy tần suất biến loạn NST đa tâm là 0,15% (đối chứng là 0,06%), mảnh không tâm là 1% (đối chứng 0,85%) Các khảo sát tương tự ở những vùng dân cư có phông phóng xạ tự nhiên cao như: Phần Lan, Nhật Bản, Trung Quốc, Pháp, Mỹ cũng cho thấy tần suất biến loạn NST của dân cư ở những vùng này đều cao hơn so với đối chứng Năm 1988 sau

sự cố nhà máy điện nguyên tử Chernobyl, Stephan và Oestreicher khảo sát NST của dân cư bị nhiễm bụi phóng xạ đã xác định được tần suất biến loạn NST đa tâm là 0,24%, mảnh không tâm là 0,82% Năm 1989 hai tác giả đã khảo sát lặp lại ở những nhóm dân cư này, kết quả thấy tần suất biến loạn NST đa tâm là 0,16%, mảnh không tâm 0,82% [79], [110], [119], [129] Vladimir Shevchenko (2004) nghiên cứu biến loạn cấu trúc NST máu ngoại vi của những người khắc phục sự cố nhà máy điện nguyên tử Chernobyl từ năm

1986 đến 2001 Kết quả cho thấy tần suất biến loạn kiểu 2 tâm là 0,33 ± 0,03%, tăng 16 lần so với đối chứng (0,02%), sau 1 năm giảm 2 lần còn 0,14

± 0,02% và đến năm 2001 còn lại là 0,09 ± 0,02% Biến loạn NST kiểu