重離子在組織器官水平的放射生物效應研究.pdf

1、放射治療是腫瘤治療的主要手段之一。放射治療的目的就是盡可能的殺滅腫瘤組織，同時要最大限度的保護正常組織不要受到損傷。這就需要在靶區(qū)高劑量，而周圍正常組織劑量很低。因此，準確地把劑量聚焦在腫瘤部位是非常重要的。與光子線的常規(guī)放療相比，重離子可以直接在腫瘤體積形成高劑量區(qū)，腫瘤體積前面的正常組織僅有少量劑量，腫瘤后面的正常組織幾乎不受到輻射。重離子的倒轉劑量分布的特性可以使照射精度極高。與光子線的深度劑量呈指數型衰減分布不同，重離子的劑量集

2、中在射程末端的Bragg峰區(qū)，峰區(qū)的位置可以用調解加速離子的能量精確控制。人體組織所受劑量與射線的傳能線密度(LET)有關，LET越高，生物學效應就越強。光子屬低LET，重離子屬高LET。在重離子的整個射程中LET值有很大的變化，開始時LET值較低，在射程末端重離子運動減緩，LET值突然增高。因此，高生物效應局限在Bragg峰區(qū)，射程的其他部分生物效應則較低。DNA是放射作用于細胞的最重要的靶，重離子主要產生的直接損傷，使DNA的雙鏈同

3、時受到損傷，既DNA雙鏈斷裂，產生不可修復的致死損傷，因而可以徹底殺死癌細胞。而以X射線為代表的低LET射線在多數情況下只導致DNA單鏈斷裂的亞致死損傷，可進行自然修復，不能完全殺死癌細胞。 低LET對氧含量依賴性大，不能殺死乏氧的腫瘤細胞。其原因是低LET射線對DNA產生作用時，并不是對靶產生直接損害作用，而是與細胞內的水等反應，產生的游離原子或分子對DNA產生間接的損傷，但在氧不充分的環(huán)境下，不能大量產生和“固定”對靶分子D

4、NA的損害。然而，重離子射線不存在此種問題，由于它是直接對DNA產生作用，幾乎不受氧濃度的影響，可以有效的殺死乏氧腫瘤細胞。 此外，不同周期時相的細胞對低LET射線的放射敏感性差異很大，G0期細胞幾乎是完全放射抗拒的。重離子受細胞周期的影響較小，可以徹底殺滅各個周期的細胞。 重離子束治療惡性腫瘤是目前放射治療最先進、最有效、最前沿的研究領域，是有代表性的高科技熱點。迄今為止世界上只有美、日、德三國進行了重離子臨床試驗治療

5、并取得了突出的療效。 自1995年我國開始重離子治療腫瘤相關的放射物理學、劑量學和生物學等醫(yī)學應用臨床前的研究工作，放射生物效應及機理研究是主要內容之一。1995年中科院近代物理研究所與甘肅省醫(yī)學科學研究院等單位合作承擔了國家科委“九五”攀登計劃(B)項目中的攻關課題“重離子治癌技術的基礎研究”，進行了分子生物、細胞生物學和動物試驗的研究，本文作者是此課題的主要研究人員之一，在前期工作的基礎上繼續(xù)探索在組織器官水平的重離子放射的

6、生物效應，包括局部照射對豬皮膚和體重影響的研究、對移植性Lewis肺癌分次照射的生物效應和局部照射對荷瘤小鼠存活時間和血像的影響，目的是為我國開展臨床治療積累參考依據。 在重離子對小鼠移植性Lewis肺癌分次照射的生物效應實驗中，目的是研究重離子不同分次照射的腫瘤組織的生物效應。選擇了兩個劑量點：低劑量為12Gy，高劑量為24Gy。每個劑量分單次、2和3次照射組，觀察Lewis肺癌的腫瘤體積變化、腫瘤生長延遲時間和荷瘤小鼠生存時

7、間。結果顯示無論高劑量還是低劑量，分3次照射的腫瘤生長延遲和生存時間都顯著大于單次和分2次照射。由此推斷采用分3次照射的腫瘤生物效應優(yōu)于單次和分2次照射，低劑量又優(yōu)于高劑量。此研究結果為我國重離子束治療腫瘤的臨床試驗提供了實驗依據。 在碳離子局部照射對荷瘤小鼠存活時間和血像的影響實驗中，其目的是研究碳離子局部照射的毒副作用。方法采用30只荷瘤小鼠隨機均分為3組，用碳離子單次局部照射小鼠右后肢(未照射組、12Gy組、24Gy組)，

8、分別在第0、7、14天計數外周血白細胞和血小板數，并記錄小鼠生存時間。結果顯示各組動物存活時間無顯著性差異，照射后白細胞數都逐步升高，但與對照組相比無顯著性差異；除24Gy組第14天時血小板數顯著升高外(P=0.032，F=4.062)，照射后各組血小板數無明顯變化。其結論為碳離子局部照射小鼠右后肢對動物存活天數和血常規(guī)無顯著影響。 重離子局部照射對豬皮膚和體重影響的實驗中，目的是研究不同劑量的碳離子照射后，正常組織對碳離子放射

9、的耐受劑量。在醫(yī)學研究試驗動物中，家豬的器官重量和組織形態(tài)都與人類較接近，尤其是家豬的皮膚和皮下組織結構比嚙齒類、普通家庭寵物、長毛靈長類等動物更接近人類皮膚，所以家豬是研究放射性皮膚反應的最佳模型。本研究采用純種英系約克夏豬6只，月齡3個月，體重15±2kg，由蘭州豬場提供，在甘肅省醫(yī)學科學院常規(guī)條件下飼養(yǎng)。實驗前在動物的背部作用兩側各選定4個照射靶區(qū)(直徑4cm)，每側有2個對照和2個照射野，所以每頭豬總共有4個照射靶區(qū)和4個對照靶

10、區(qū)。脫毛劑脫去靶區(qū)內毛，以紋身方法標記出邊緣。輻照所用12C6+離子由中國科學院近物所的蘭州重離子加速器裝置HIRFL(HeavyIonResearchFacilityinLanzhou)產生，引出能量為75MeV/u，經過24μm鎳窗、電離室、50cm的空氣、3.0mm的降能片(PMMA)后，到達豬表面的能量為63MeV/u，它在水中的射程和LET分別為11mm和37.78KeV/μm。碳離子的劑量為2.25、13.53、27.06G