低能离子照射的纳米氧生物物理模型
摘要
背景：低能离子靶向放疗显示出针对肿瘤细胞的选择性照射可能，尤其适用于治疗散播性癌症。两个有前景的示例是 boron 碱中子疗法（BNCT）和使用 α 粒子释放物的靶向放射性疗法（TAT）。成功的临床转化需要实施准确的辐射剂量学方法，能够考虑生物学有效性和治疗剂分布内部肿瘤细胞的异质性。为此，可应用生物物理模型将辐射与物质的相互作用翻译为生物学终点，如细胞存活率。目的：NanOx 模型最初是为预测使用 hadrontherapy 中遇到的高能离子束照射导致细胞存活率比例而开发的。我们在本文中提出了该模型的新实现，将其扩展到使用 TAT 和 BNCT 中找到的低能离子进行照射。方法：针对 low-energy 离子，NanOx 模型被改编以考虑主要离子在敏感体积（即细胞核）内的能量损失。为简化模型的实际实现并减少计算时间，引入了额外假设。特别是对于 low-energy 离子，窄轨迹近似允许忽略细胞核外部次级电子释放的能量，显著提高了仿真性能。我们计算了将 NanOx 模型的原始 hadrontherapy 实现与当前实现进行比较，结果以人源乳腺腺癌细胞的失活十字截面为准则，作为入射 α 粒子动能的函数。结果：原始和当前版本的 NanOx 在入射能量高于 1 MeV/n 时的预测一致。对于更低的能量，新的 NanOx 实现预测的失活十字截面随敏感体积长度的变化。结论：我们在本文中报告了将 NanOx 生物物理模型扩展到使用 low-energy 离子（如 TAT 和 BNCT 中找到的离子）进行照射的结果。原始 hadrontherapy 实现与当前实现在中等和高能量下的良好一致性表明，NanOx 提供了一个一致、自集成的框架，用于描述由离子照射诱导的生物学效应。未来工作将聚焦于将最新版本的 NanOx 应用于临床情境更接近的案例。
引用
@article{arxiv.2409.13257,
title = {Biophysical modeling of low-energy ion irradiations with NanOx},
author = {Mario Alcocer-Ávila and Victor Levrague and Rachel Delorme and Étienne Testa and Michaël Beuve},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.13257},
year = {2024}
}