Forschende der Technischen Universität Dresden (TUD) haben erstmals die kombinierten chemischen und radiologischen Effekte von Americium auf Nierenzellen detailliert untersucht und dabei die Wirkungsweisen zweier Dekorporationsmittel verglichen. Die Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse für den Strahlenschutz und die Therapie nach einer Aufnahme radioaktiver Stoffe. Die Studie des Zentralen Radionuklidlabors der TUD erschien in der Fachzeitschrift Ecotoxicology and Environmental Safety.
Americium und Curium fallen im Kernbrennstoffkreislauf an und können bei Störfällen oder unsachgemäßem Umgang in die Umwelt gelangen. Bei Inkorporation – etwa über kontaminierte Nahrung – reichern sie sich vor allem in Leber, Knochen und Nieren an. Dort schädigen sie Gewebe sowohl chemisch-toxisch als auch durch ionisierende ?-Strahlung.
Im Mittelpunkt der Untersuchung stand das Radionuklid ²?³Am und seine Interaktion mit Nierenzellen von Ratten im Zellkulturmodell. Die Forschenden analysierten erstmals getrennt den chemotoxischen und den radiotoxischen Beitrag. Americium führte zu starker Zelltoxizität: Die Lebensfähigkeit der Zellen sank deutlich, es traten strukturelle Veränderungen, oxidativer Stress, Aktivierung von Caspasen (Zeichen für Apoptose) sowie vermehrte DNA-Doppelstrangbrüche auf.
Mithilfe eines mikrodosimetrischen Modells der Arbeitsgruppe Strahlungsphysik (Leitung: Dr. Thomas Kormoll) konnte quantifiziert werden, dass der Großteil der Strahlendosis unter den Versuchsbedingungen vom extrazellulären Americium im umgebenden Medium stammt – der Beitrag des intrazellulären Americiums war deutlich geringer. Diese Erkenntnis war bisher weder belegt noch erwartet.
Zwei Dekorporationsmittel wurden verglichen: das etablierte CaNa?-DTPA und der vielversprechende Kandidat 3,4,3-LI(1,2-HOPO). DTPA bildet mit Americium stabile Komplexe, die kaum in die Zellen aufgenommen werden. Dadurch sinkt die intrazelluläre Americium-Konzentration und die biochemische Schädigung der Zellen nimmt ab. LIHOPO hingegen erzeugt Komplexe, die leicht in die Zellen eindringen – im Laborversuch führte dies zu höherer Americium-Aufnahme und stärkeren chemischen Schäden. Die Forschenden sehen darin jedoch ein Potenzial: Im lebenden Organismus könnten diese Komplexe mobilisiertes Americium aus Zellen herauslösen und über den Blutkreislauf abtransportiert werden.
Die Ergebnisse erklären, warum LIHOPO in präklinischen Studien DTPA überlegen war: Es kann offenbar bereits in Zellen eingelagertes Americium mobilisieren, während DTPA primär zirkulierendes Americium bindet. Gleichzeitig zeigen die Daten, dass eine hohe Komplexstabilität allein nicht ausreicht, um die therapeutische Wirksamkeit vorherzusagen.
Die interdisziplinäre Studie entstand in Kooperation zwischen dem Zentralen Radionuklidlabor, der Professur für Radiochemie/Radioökologie, der AG Strahlungsphysik der TUD sowie dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Sie wurde im Rahmen des vom BMFTR geförderten Verbundprojekts RADEKOR durchgeführt.
Die Publikation schließt eine Lücke im Verständnis der Nieren als kritischem Zielorgan für Americium und Curium und liefert Grundlagen für die Weiterentwicklung von Dekorporationsstrategien. Sie unterstreicht die Notwendigkeit, chemische Bindungsformen, zelluläre Transportprozesse und Strahlenexposition gemeinsam zu bewerten.
Heller, A. und Senwitz, C. et al.: Am/Cm(III) and DTPA/LIHOPO interactions with renal cells in vitro studied by bioassays, luminescence spectroscopy, and microdosimetry. Ecotoxicology and Environmental Safety 307, 119445 (2025). https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2025.119445
