IM EUROPÄISCHEN NETZWERK

Ein Weg zur „preparedness“ bei radiologischen oder nuklearen Schadensereignissen

Organisation der „RENEB ILC 2021 exercise“ durch das Institut für Radiobiologie der Bundeswehr

Michael Abenda, Sven Doucha-Senfa, Christian Siebenwirtha, Thomas Müllera, Simone Schülea, Matthias Porta

a Institut für Radiobiologie der Bundeswehr

Einleitung und Hintergrund

RENEB (Running the European Network for Biodosimetry and Physical Dosimetry) entstand aus einem langjährigen Förderprogramm der EU. Nach Beendigung der Förderung wandelte sich RENEB in 2017 zu einem Verein, um weiter eigenständig bestehen zu können. Es diente und dient zur Dosisabschätzung nach beab­sichtigter (z. B. terroristischer oder militärischer Akt) oder ungewollter Freisetzung radioaktiver Strahlung (z. B. Kernkraftwerksunfall). Mit Hilfe zytogenetischer, molekularbiologischer und physikalischer Verfahren erfolgt eine individuelle Dosisabschätzung. Nach dem Prinzip „Die Dosis macht das Gift“ ist die Kenntnis der Strahlenexpositionshöhe trotz einiger zu beachtender Limitierungen (siehe hierzu den Beitrag von Port und Abend in dieser Ausgabe) ein wichtiger Indikator zur Abschätzung der sich später entwickelnden gesundheitlichen Akut- oder Spät-Schäden.

Zur Aufrechterhaltung und Weiterentwicklung der Expertise (Inübunghaltung) werden regelmäßig Labor-Ringversuche (inter laboratory comparisons, ILC) durchgeführt. Sie dienen mehreren Zwecken:

1. Aufrechterhaltung der Expertise,
2. Möglichkeit für neu etablierte Labore ihre Fähigkeiten zu beweisen,
3. Plattform zur Entwicklung neuer Verfahren, deren Ergebnisse im Vergleich zu etablierten Verfahren beurteilt werden können, und
4. Feststellung der Qualität der Labore, um im Notfall eine Dosisabschätzung in qualifizierten Laboren durchführen zu lassen.

RENEB ist somit eine zivile Plattform mit Zielen, die mit denen des Instituts für Radiobiologie der Bundeswehr (InstRadBioBw) praktisch deckungsgleich sind. Deshalb engagiert sich InstRadBioBw aktiv auf allen Ebenen: Es unterstützt RENEB als aktives Mitglied, ist im Vorstand sowie auf der Ebene der „assay leads“ vertreten und stellt eine breite Palette spezialdiagnostischer Laborfähigkeiten im Bereich zytogenetischer und molekularbiologischer Methoden für die retrospektive biologische Dosimetrie zur Verfügung.

Organisation durch das InstRadBioBw – warum?

Für 2021 wurde ein weiterer ILC geplant. InstRadBioBw wurde aufgrund seiner Erfahrungen und bereits bewiesenen organisatorischen und fachlichen Fähigkeiten („NATO exercise“, Serie von fünf Publikationen im Jahre 2013, siehe Literaturverzeichnis) gebeten, die Organisation zu übernehmen. Neben der gelebten zivil-militärischen Zusammenarbeit existieren weitere wichtige Gründe für die Mandatsübernahme:

• Mit der Organisation des ILC können Fähigkeiten fast aller noch aktiv tätigen Institutionen im Bereich der biologischen und der physikalischen Dosimetrie erfasst und deren Leistungsfähigkeit betrachtet werden.
• Durch regen Austausch mit allen Teilnehmenden entsteht zudem ein wichtiges Netzwerk persönlicher Beziehungen. Sie sind entscheidend im Falle von RN- Schadensereignissen – denn Publikationen stellen Ergebnisse nur in kondensierter Form dar; da nicht alle Details kommuniziert werden können.
• Die Organisation des ILC erlaubt einen ungefilterten Blick auf sämtliche Ergebnisse und somit ein tieferes Verständnis der Fähigkeiten verschiedener Verfahren und Labore.
• Die Organisation einer Übung dieser Dimension ist auch eine Inübunghaltung der Organisationsfähigkeit des InstRadBioBw.

Darüber hinaus werden organisatorische Hürden erkennbar, z. B. das Verschicken von Probenmaterial, das trotz vorhandener Fachkenntnisse am Institut zu ungeahnten Problemen beim Probenversand führte. Diese Erfahrungen helfen, alternative Lösungen für zukünftige RN-Szenare zu finden.

RENEB ILC 2021

Vorarbeiten

Unter Beteiligung vorgesetzter Stellen und Abklärung ethischer (Blutabnahme) und finanzieller (Finanzierung durch RENEB) Aspekte wurde am InstRadBioBw ein Kernteam zur Organisation gebildet. Dieses bestand aus einem technischen Mitarbeiter (Organisation sämtlicher praktischer Details und Kommunikation bzw. Abgleich mit anderen Teammitgliedern), einer Medizinerin (Blutabnahme), einem Physiker (Bestrahlung der Proben mithilfe der Vollschutzröntgeneinrichtung des InstRadBioBw) und einem zentralen „point-of-contact“ (POC). Der POC bildete die Schnittstelle zwischen interessierten Laboren, RENEB-Organisationsstrukturen (z. B. gewählte Assay-Verantwortliche) und institutsinternen Organisationsprozessen dar. Das Team bildete physikalische Aspekte der Bestrahlung ab, übernahm Probengewinnung, Bestrahlung, Beschriftung, Versand, Rücktransport von Thermologgern und Dosimetern, Dokumentation und Verfolgung des Ein- und Ausgangs von Paketen sowie die Auswertung der Ergebnisse bis hin zur Bearbeitung von Manuskriptentwürfen.

Details hierzu werden im Folgenden chronologisch beschrieben.

Festlegung von Rahmenbedingungen und Einladung an Teams

In Absprache mit dem RENEB-Vorstand und den Assay-Verantwortlichen wurden Rahmenbedingungen zur Teilnahme an der Übung festgelegt. Hierzu gehörte u. a., dass nach Versand der bestrahlten Proben die Ergebnisse an eine zentrale Stelle gemeldet und dort dokumentiert werden. Es wurde eine Deadline festgelegt: Nur Ergebnisse, die bis zu diesem Zeitpunkt eingegangen sind, finden Berücksichtigung in der Auswertung. Danach sollten die tatsächlichen Strahlendosen kommuniziert und der praktische Teil der Übung abgeschlossen werden.

Gemäß der Einladung (Januar 2021) verpflichteten sich alle Teams schriftlich, die Voraussetzungen zu akzeptieren und sich in einem Dokument unter Angabe von Teamleitern, Anschriften etc. zu registrieren.

Umfang der Übung über die Zeit

Ebenso wie RENEB war das InstRadBioBw von dem großen internationalen Bedarf an solch einer Übung überrascht. Die Beteiligungsmöglichkeit an der Übung wurde so lange wie möglich offengehalten und erst kurz (Juni 2021) nach Bestrahlung und Versand der Proben beendet.

Diese Übung fand in verschiedenen internationalen Gremien großes Echo, u. a. in Form eines Artikels im „WHO Newsletter“. Nach dessen Erscheinen baten weitere internationale Teams um Beteiligung. Da die Bestrahlung der Proben zu diesem Zeitpunkt bereits beendet war, wurde nach anderen Möglichkeiten gesucht. Der Versand von zusätzlich angefertigten Objektträgern zur zytogenetischen Auswertung in anderen Laboren bzw. der Zugriff auf digitale Daten (Bilder) erweiterte das Spektrum der Übung um einen weiteren wichtigen Aspekt, der weiter unten diskutiert wird.

Insgesamt sind an dieser Übung nunmehr 46 Labore aus drei Kontinenten (Europa, Amerika, Asien) mit 81 Teams und ca. 100 Mitarbeitern beteiligt.

Assays, bestrahlte Materialien und Kodierung

Alle acht über RENEB erfassten Assays zur retrospektiven Dosimetrie wurden von drei bis zu 29 Teams bearbeitet (Abbildung 1). Neben etablierten zytogenetisch basierten Verfahren (dizentrische Chromosen-Assay (DCA), Mikrokern-Assay (MN), „premature chromosome condensation“-Assay (PCC) und Translokationsnachweis (TRANS)) finden neuere molekularbiologische Verfahren (DNA-Reparaturfoci (gH2AX), Gene Expression (GE)) und physikalischen Verfahren (Elektronenresonanz-Spektroskopie (EPR) und optisch stimulierte Lumineszenz (OSL)) Verwendung.

Insgesamt wurden drei Proben mit unbekannter Dosis versandt. Nur der POC und der für die Bestrahlung zuständige Mitarbeiter kannten die jeweilige Dosis. Zuvor wurde das Bestrahlungsfeld der verwendeten Bestrahlungseinrichtung (Röntgenröhre des InstRadBioBw) ausgetestet (Abbildung 2).

Insgesamt wurden ca. 207 Blutproben, 24 Uhrengläser, 24 Zahnschmelzproben und 24 Smartphones bestrahlt bzw. bearbeitet (Abbildung 3). Hierzu wurde durch den technischen Mitarbeiter das Kernteam um weitere Mitarbeiter seiner Wahl erweitert. Idealer Weise wurden die Aufgaben so verteilt, dass pro Zeiteinheit immer nur eine Aufgabe zu bearbeiten war. Dadurch wurden Verwechslungen vermieden und eine hohe Robustheit hergestellt. Die Arbeitsabläufe waren zuvor trainiert und optimiert worden.

Vor dem Versand (Juni 2021) wurden die Proben mit einem einheitlichen Kode versehen (Abbildung 4). Der Kode wurde allen Teams zuvor (mehrfach) per E-Mail mitgeteilt. Sowohl die Redundanz der Kommunikation als auch die Einfachheit (selbsterklärende Kodierung) waren dringend erforderlich, um eingehende Ergebnisse eindeutig den wahren bestrahlten Dosen individuell zuzuordnen. Zudem ist eine professionelle maschinelle Beschriftung (Lesbarkeit) auf Materialien, die sich auch unter ungünstigen Bedingungen (Feuchtigkeit und Kälte) nicht ablösen (spezielle beschriftbare Kunststoffstreifen) eine entscheidende Ingredienz für ein erfolgreiches Experiment (Abbildung 4). Nur ein Team kommunizierte den laboreigenen Kode unter dem Hinweis, dass unter Kenntnis der wahren Dosen die korrekte Zuordnung schon gelingen würde. Nach Austausch offensichtlicher Argumente wurden die Dosisabschätzungen mit nachvollziehbaren Zuordnungen zugesandt.

Probenversand

Unter Berücksichtigung der Vorschriften der Gefahrgutverordnung wurden sämtliche Proben verpackt und ­verschickt (Abbildung 5). Einen Monat vor Versand der verblindeten Proben wurden an bestimmte Teams Kalibrierproben geschickt. Dieser Schritt war extrem zielführend, da sich der Versand als äußerst fehleranfällig erwies und mit dieser „pre-exercise“ die Schnittstelle mit dem Lieferunternehmen beübt werden konnte. Nach drei Versuchen war es z. B. nicht gelungen, Kalibrierproben nach Bulgarien zu senden: Die Pakete wurden aus nicht nachvollziehbaren Gründen entlang ihrer Route immer wieder in verschiedenen Städten gestoppt und z.T. an das InstRadBioBw zurückgesandt bzw. so spät ausgeliefert, dass die enthaltenen biologischen Materialien nicht mehr verwendet werden konnten. Mit dem Versand der verblindeten Proben einen Monat später wurden die Proben nach 2 Tagen in Bulgarien ausgeliefert (Lerneffekt).

Entscheidend zur Lösung dieser Problematik war die persönliche Kommunikation (Vor-Ort-Termin und Besprechung der Transporte) mit den verantwortlichen lokalen Mitarbeitern des Lieferunternehmens in München. Aus Sicht des lokalen Teams mussten die Dokumente anders ausgefüllt werden als von der Zentrale betrachtet. Nach Klärung des Vorgehens mit den vor Ort Handelnden des Lieferunternehmens erreichten fast alle Pakete mit den verblindeten Proben einen Monat nach Versand der Kalibrierproben ohne große Verzögerungen ihre Adressaten. Alle Beteiligten sowohl am­ ­InstRadBioBw als auch bei den Empfängern atmeten nahezu hörbar auf.

In diesem Zusammenhang war es entscheidend, die beteiligten Lab-Teams zuvor zu befragen, ob die von ihnen im Januar getätigten Angaben zur Adresse immer noch korrekt seien. Problematisch war auch, dass in den digitalen Dokumenten des Lieferunternehmens ein limitierter Platz für die Adresse vorgesehen ist. In solchen Situationen wurde mit dem Adressaten um eine Kurzform gerungen und zusätzlich die gesamte Adresse auch auf das Paket geschrieben. Das war hilfreich, führte indes dennoch in wenigen Fällen zu Verzögerungen und Verwirrungen (Fixierung der Auslieferer auf die beigelegten Dokumente unter Ausblendung weiterer in Rot kenntlich gemachten Details auf dem Paket). Durch das Engagement aller Beteiligten (Anrufe bei dem Lieferunternehmen und Verfolgung der Lieferung bis zur Übergabe des Pakets im Labor) konnten schließlich fast alle Pakete mit den verblindeten Proben ihren Zielort in der vorgegebenen Zeit für eine Aufarbeitung erreichen.

Mitteilung der Dosisabschätzung per E-Mail und erste vorläufige Ergebnisse

Innerhalb weniger Stunden nach Eingang der Proben in den Laboren (dokumentiert durch die online Protokolle des Lieferanten) wurden dem POC am InstRadBioBw erste Dosisabschätzungen angezeigt. Physikalische wie molekularbiologische Verfahren erlaubten diese schnelle Dosisabschätzung, während zytogenetische Verfahren einige Tage unter optimalen Laborbedingungen benötigten. Als Ausnahme von der Regel wurden Dosisabschätzungen des PCC-Assays schon wenige Stunden nach Bestrahlung mitgeteilt. Ein Großteil der Dosisabschätzungen erfolgte zeitverzögert (tägliche Arbeitsaufträge mussten mit höherer Priorität abgearbeitet werden), sodass diese innerhalb der ersten drei Wochen nach Probenversand mitgeteilt wurden.

Weil die Mitteilung der wahren Strahlenexposition am 27. Juli 2021 (nach Redaktionsschluss) erfolgt, können hier zu diesem Zeitpunkt keine weiteren Ergebnisse vorgestellt werden. Es zeichnet sich aber jetzt schon eine Heterogenität der Dosisabschätzung sowohl zwischen verschiedenen Laboren als auch zwischen etablierten und neuen Verfahren ab. Allerdings haben diese (Teams mit Verwendung neuer Verfahren) durch Teilnahme an Übungen in der Vergangenheit aufgeholt. Der DCA-Assay hat sich nach wie vor als „gold standard“-Verfahren der Biodosimetrie herausgestellt. Physikalische Dosimetrieverfahren zeigen ein gutes Potenzial zur korrekten Dosisabschätzung – das ist jedoch auch abhängig davon, dass ausreichend Material für die verwendete Methode zur Verfügung gestellt wird.

„Next steps“

Die Dimension dieser Übung ist herausragend: Eine solche Breite an biologischen und physikalischen dosimetrischen Messverfahren wurde bislang nicht parallel untersucht. Auch die hohe Anzahl beteiligter namhafter Institutionen und Teams als Ausdruck der heterogenen Fachexpertise unterstreicht die Besonderheit der Übung. Dies motivierte den Herausgeber des angesehensten radiobiologischen Journals, die Ergebnisse in einem Sonderband zu veröffentlichen. Die Arbeit an den Manuskripten hat bereits begonnen.

Um die Übung in den verschiedenen Gesellschaften vorzustellen, wurde an einem Logo gefeilt (Abbildung 7, Hintergrund). Dieser Entwurf beschreibt alle beteiligten Teams (repräsentiert durch ihre Instituts-Logos) und ihre Fachexpertise (repräsentiert durch Assay-Logos des ­RENEB-Vereins), die dynamisch zur Entwicklung des RENEB ILC 2021 beigetragen haben und hoffentlich zu zukünftigen ILC des RENEB beitragen werden. An einer professionellen Version des Logos wird zurzeit am ­InstRadBioBw gearbeitet.

Fazit

RENEB ILC 2021 unterstreicht sowohl das Organisationsvermögen als auch die Fachexpertise des InstRadBioBw: Der Großversuch ist mit beeindruckender Präzision und Effizienz von einer überschaubaren Gruppe gut eingespielter und sehr gut kommunizierender Mitarbeiter des Instituts durchgeführt worden. Zudem liegen die Dosisabschätzungen aller Teams aus dem InstRadBioBw weit im oberen Fünftel der besten Teams.

Das Institut hat sich mit diesem Engagement erneut als integraler und wichtiger Bestandteil der radiobiologischen „Community“ etabliert und die zivil-militärische Zusammenarbeit um einen entscheidenden Baustein bereichert.

Schwierigkeiten konnten identifiziert und alternative Konstrukte diskutiert werden. Da der Probentransport sehr fehleranfällig ist, wäre z. B. die Definition qualifizierter Labore weltweit ein Schritt in die digitale Auswertung zytogenetischer Bilder, die vor Ort in den Laboren mit Nähe zum RN-Szenar entwickelt und über Server/Cloud allen anderen Institutionen zur parallelen Auswertung zur Verfügung gestellt werden. Die Bundeswehr verfügt zudem über eine eigene Transportinfrastruktur, von der im Rahmen eines RN-Szenars sofort Gebrauch gemacht werden sollte. Das wird und muss weiterhin in militärischen Übungen des InstRadBioBw beübt werden.

Die Übung enthält eine wichtige Schulungskomponente für neue Teams. So konnten Fehler in der Rohdatenanalyse eines Teams identifiziert und regelhafte Ergebnisse nach deren Korrektur erzielt werden.

Der internationale Bedarf an solchen Übungen war für alle Beteiligten überraschend. Vielleicht sollte aus einem Europäischen Dosimetrie Netzwerk ein internationales Netzwerk entstehen und somit „RENEB“ zu „RINEB“ konvertieren. Lokale Schadensereignisse (siehe Chernobyl) können schnell eine internationale Dimension erreichen, sodass internationale Netzwerke noch kompetenter und breiter zu deren Lösung beitragen können.

Literaturhinweise

1. Kulka U, Abend M, Ainsbury E et al.: RENEB - Running the European Network of biological dosimetry and physical retrospective dosimetry. Int J Radiat Biol 2017; 93(1): 2-14. mehr lesen
2. Kulka U, Ainsbury L, Atkinson M, Barquinero JF et al.: Realising the European Network of Biodosimetry (RENEB). Radiat Prot Dosimetry 2012; 151(4): 621-625. mehr lesen
3. Rothkamm K, Beinke C, Romm H, et al.: Comparison of established and emerging biodosimetry assays. Radiat Res 2013;180(2): 111-119. mehr lesen

Nähere Informationen über Aktivitäten und Publikationen zum Download sind auf der RENEB-Webseite zu finden: www.reneb.net

Für die Verfasser

Oberstarzt Prof. Dr. Michael Abend, MSc

Institut für Radiobiologie der Bundeswehr

Neuherbergstr. 11, 80937 München

E-Mail: michaelabend@bundeswehr.org