FLASH 照射后细胞响应的建模：基于辐射分解耗氧假说的定量分析
医学物理
2021-09-02 v1
摘要
目的：近期研究表明，超高剂量率（FLASH）照射可在高效控制肿瘤的同时保护正常组织免受放射毒性，这被称为 FLASH 效应。本研究对辐射分解耗氧（ROD）在 FLASH 照射后细胞响应中的影响进行了理论分析。方法：采用蒙特卡洛模拟对 ROD 过程建模，确定 DNA 损伤，并计算 FLASH 照射期间耗竭的氧量（LROD）。应用数学模型分析人体组织中氧张力（pO2）分布及 FLASH 照射后 pO2 的恢复。计算了 FLASH 照射后的 DNA 损伤和细胞存活分数（SFs）。系统评估了初始细胞 pO2、FLASH 脉冲数、脉冲间隔和源粒子的辐射质量对 ROD 及后续细胞响应的影响。结果：当 pO2 范围为 7.5–160 mmHg 时，模拟的电子 LROD 范围为 0.38–0.43 {\mu}M/Gy。计算得到的 DNA 损伤和 SFs 表明，放射保护作用仅在低 pO2 的细胞中明显。不同的照射设置通过改变 pO2 改变细胞响应。单脉冲照射或脉冲间隔短于 10–50 ms 的多脉冲照射导致更少的 DNA 损伤和更高的 SFs。辐射质量低的源粒子具有更高的耗氧能力，从而产生更显著的放射保护作用。结论：由 ROD 引起的 FLASH 放射保护作用可能仅在低 pO2 的细胞中观察到。建议 FLASH 照射采用单脉冲照射或短脉冲间隔的多脉冲照射，以避免脉冲间隔期间的氧张力恢复。因其显著的放射保护作用，优先选择低辐射质量的源粒子。
引用
@article{arxiv.2105.13138,
title = {Modeling of cellular response after FLASH irradiation: a quantitative analysis based on the radiolytic oxygen depletion hypothesis},
author = {Hongyu Zhu and Junli Li and Xiaowu Deng and Rui Qiu and Zhen Wu and Hui Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.13138},
year = {2021}
}