Clinical indications, physical structures, radiation doses and dosimetric measurements of irradiators used in blood and blood components in the prevention of transfusion-associated graft-versus-host disease

Abstract

Transfusion of blood and blood components in patients with immunosuppression and malignant diseases is life-saving; however, it can result in some serious fatal side effects such as graft-versus-host disease (GVHD). T-lymphocytes of the donor proliferate and damage the recipient's target organs, especially the bone marrow, skin, liver and the gastrointestinal system. In an effort to eliminate this problem, blood and cellular blood components are exposed to ionizing gamma radiation prior to transfusion. Irradiation of the blood and its components with gamma radiation and X-rays in established practices for the prevention of transfusion-associated (TA)-GVHD is the only acceptable method. This process renders T-lymphocytes incapable of proliferating due to the level of irradiation-induced damage in the DNA. Most blood centers rely on a nominal dose of 25-30 Gy with no less than 15 Gy delivered to any area of the bag to inactivate lymphocytes in cellular products for transfusion. Accordingly to our survey, there are 24 Cesium-137 blood irradiators throughout Turkey in University Medical Faculties, Health Ministry Hospitals and Our Leukemia Children's Foundation for irradiation of chemical material and only 1 unit for medical sterilization. There are two types of blood irradiators in Turkey: a) CIS BIO International France, IBL 437C type units and b) MSD Nordion Canada Gammacell-3000 units. These two types are monitored by an electronic controller and they cannot be activated without the canister being in the irradiation chamber and fully self-protected irradiation units. Radiation levels on the surface of the IBL 437C are below 25 μSv/h (2.5 mR/h), in compliance with relevant international regulations. All blood irradiators are radiation-emitting devices. For these reasons, all physical and dosimetric measurements, dose calculations, quality assurance, and control procedures must be performed by Qualified Medical Radiation physicists in Turkey. There are 24 irradiators licensed by TAEK (Turkey Atomic Energy Authority) and 24 specialists, medical radiation oncology physicists and radiation physicists; quality control should be done regularly.

Keywords

• -

Transfüzyon kaynaklı graft-versus-host hastalığını önlemede kullanılan kan ve kan bileşenleri, ışınlama cihazlarının fiziksel yapısı, radyasyon dozları, dozimetrik ölçümler, ışınlama dozları ve klinik endikasyonlar

Öz

Kan ve kan ürünlerinin transfüzyonu immünsupresyon ve malign hastalıklarla mücadele eden birçok hastanın hayatını kurtarmakta aynı zamanda ölümcül olabilen graft-versus-host hastalığı'na (GVHD) neden olabilmektedir. Bu olay sonucunda vericinin T-lenfositleri, alıcının hedef organları olan kemik iliği, deri, karaciğer ve gastrointestinal sisteme çoğalarak zarar verir ve öldürücü olabilmektedir. Bu sorunun ortadan kaldırılabilmesi için kan ve hücresel elemanların transfüzyon öncesi gama ışınına maruz kalması gerekmektedir. Kan ve kan ürünlerinin transfüzyona bağlı GVHD'yi önlemek için X ve gama ışınları ile ışınlanması tek kabul edilebilir yöntemdir. Bu işlem, T-lenfositlerinin DNA hasarı yaratılarak proliferasyon yeteneğinin baskılanması ile sonuçlanır. Birçok kan merkezinde, uygulama dozu olarak 25-30 Gy olarak ve 15 Gy'den az olmamak kaydı ile kan torbasının her köşesine yapılan uygulama hücresel elemanların inaktive olması için yeterlidir. Türkiye için yaptığımız çalışmada üniversite, Sağlık Bakanlığı Hastaneleri, Bizim Lösemili Çocuklar Vakfı'ında 24 tane Cs-137 kan ışınlama cihazı ve 1 tane medikal sterilizasyon cihazı bulunmaktadır. Türkiye'de iki tip ışınlama cihazı bulunmaktadır. Bunlar: a) CIS BIO International Fransa, IBL 437C tip ünite; b) MSD Nordion Kanada Gammacell-3000 ünite. İkisi de elektronik konrollüdür ve canister olmadan kendi kendine ışınlayamaz. Radyasyon seviyesi yüzeyde uluslararası düzenlemelere uygun olarak IBL 437C'de 25 μSv/h'dir (2.5 mR/h). Tüm kan ışınlama cihazları radyasyon yayan cihazlardır. Bu nedenle, tüm fizik, dozimetrik ölçüm, doz hesaplanması, kalite tayini ve kontrol işlemleri yetkili radyasyon fizikçisi tarafından yapılmalıdır. Türkiye'de Türkiye Atom Enerjisi Kurumu tarafından onay verilen 24 cihaz ve 24 tıbbi radyasyon fizikçisi mevcuttur; kalite kontrolü düzenli yapılmalıdır.

Anahtar Kelimeler

• Dozimetrik ölçüm, ışın tedavi cihazı, klinik endikasyonlar, transfüzyona bağlı graft-versus-host hastalığı

References

1. 1. IBL- 437 Blood Irradiator & Dose Writer. DMS. CIS -USA Inc.
2. 2. Masterson ME, Febo R. Pretransfusion blood irradiation: clinical rationale and dosimetric considerations. Med Phys 1992;19(3):649-57.
3. 3. Kanın tıpta kullanımı. Tanı Dergisi 2005;400. 4. Tezman E. Mayo Clinic Family Health Book 1999;1:75. 5. Bogner L, Härtl P, Scherer J, Treutwein M, Herbst M. Dosimetry of a blood irradiator. Strahlenther Onkol 1998174(8):431-6.
4. 6. Southheastern Comunity Hospital Blood Center. Irradiation of Blood Product Gamma Irradiation. Transfusion Medicine Bulletin.Vol. 2, No:1- May 1999.
5. 7. Gerota J. Irradiation of Blood products prevention of the risk of post- transfusion graft- versus –host diesease in immuno-depressed patients. CIS BIO. International
6. 8. Niroomand-Rad A, Blackwell CR, Coursey BM, Gall KP, Galvin JM, McLaughlin WL, et al. Radiochromic film dosimetry: recommendations of AAPM Radiation Therapy Committee Task Group 55. American Association of Physicists in Medicine. Med Phys 1998;25(11):2093-115.
7. 9. Butson MJ, Yu PK, Cheung T, Carolan MG, Quach KY, Arnold A, et al. Dosimetry of blood irradiation with radiochromic film. Transfus Med 1999;9(3):205- 8.
8. 10. International Speciality Products (ISP), Dose Map Report, May 2, 2007.

9. 11. Australian & Newzealand Society of Blood Transfusion Inc.. Guidelines for Gamma Irradiation of Blood Components. Revised, 2003.
10. 12. Guidelines on gamma irradiation of blood components for the prevention of transfusion-associated graft-versus-host disease. BCSH Blood Transfusion Task Force. Transfus Med 1996;6(3):261-71.
11. 13. Cheung T, Butson M, Yu PK. Validation of blood product irradiation doses. Phys Med Biol 2001;46(10):N241-4.
12. 14. Royal Children’s Hospital Melburne. Irradiation of Blood products. Blood Transfusion. Updated 07. March 2006.
13. 15. Gedikoğlu G, Kuter S. Pediatri hücre transplantasyonunu ve etik/deontoloji. Haliç Üniversitesi 2006. Bölüm XXIII, 301-14.
14. 16. BCSH Blood Transfusion Task Force. Guidelines on gamma irradiation of blood components for the preventation of Transfusion-associated graft-versus-host disease. Transfus Med 1996;6:261-271.
15. 17. Weiss B, Hoffmann M, Anders C, Hellstern P, Schmitz N, Uppenkamp M. Gamma-irradiation of blood products following autologous stem cell transplantation: surveillance of the policy of 35 centers. Ann Hematol 2004;83(1):44-9.
16. 18. Ferrara JL, Antin JH. The pathophysiology of graftversus-host disease. In: Thomas ED, Blume KG, Forman SJ, editors. Hematopoietic cell transplantation. Massachusetts: Blackwell Science; 1999. p. 305-15.
17. 19. Parkman R. Chronic graft-versus-host disease. Curr Opin Hematol 1998;5(1):22-5.
18. 20. Mintz PD, Wehrli G. Irradiation eradication and pathogen reduction. Ceasing cesium irradiation of blood products. Bone Marrow Transplant 2009;44(4):205-11.
19. 21. Alter HJ. Pathogen reduction: a precautionary principle paradigm. Transfus Med Rev 2008;22(2):97-102.
20. 22. Fast LD, DiLeone G, Cardarelli G, Li J, Goodrich R. Mirasol PRT treatment of donor white blood cells prevents the development of xenogeneic graft-versus-host disease in Rag2-/-gamma c-/- double knockout mice. Transfusion 2006;46(9):1553-60.