重离子束辐射生物学效应研究热点及其进展 - 兽类学报.pdf

第33 卷 第4 期 辐射研究与辐射工艺学报 J. Radiat. Res. Radiat. Process. Vol.33, No.4 2015 年8 月 /fushe/CN/volumn/home.shtml August 2015 重离子束辐射生物学效应研究热点及其进展 1, 2 1 1 1 1 1 郭晓鹏 张苗苗 缪建顺 曹国珍 李文建 陆 栋 1 （中国科学院近代物理研究所 兰州 730000 ） 2 （中国科学院大学 北京 100049 ） 摘要 随着生物学技术的发展，重离子束辐射生物学效应的研究在研究手段和研究对象上都经历着由表型到 基因型、定性到定量的转变，逐步深入到分子层次。在分子水平上，生命物质对重离子束辐射具有特定的损 伤、修复行为，而相应数学物理模型的构建可实现重离子束辐射生物学效应的定量评估，同时，重离子束辐射 诱导旁观者效应的研究对于减轻病灶周围健康组织在重离子放疗中的损伤具有重要意义。 关键词 重离子束辐射，生物学效应，数学物理模型，旁观者效应，调控机制 中图分类号 Q691 ，TL99 DOI: 10.11889/j.1000-3436.2015.rrj.33.040102 重离子束指通过离子加速器加速比质子重的带 及放射性评估等方面日益广泛的应用，产生了一系 电粒子至接近光速，利用微束技术将加速的离子进 列新的问题。基于重离子束辐射生物学效应研究进 行电磁聚焦或微米孔准直，形成微米尺寸的束流[1] 。 展及其实际应用，本文所探讨的重离子束局部照射 根据能量不同将离子束划分为低能离子束(10−100 诱导旁观者效应及其机制以及重离子束辐射生物学 keV/u) 、中能离子束(10−100 MeV/u)和高能离子束 效应的定点、定向及定量研究显得尤为迫切。 (100 Mev/u) [2] 。相比X-射线、β-射线、γ-射线和中 子射线等，重离子束辐射作为一种高LET 辐射，具 1 重离子束辐射诱导特定基因和相关分子 有能量沉积、倒转剂量分布、歧离散射小及损伤截 变化的定点、定向研究 面大等物理特性，在生命物质的辐射中具有较高且 在低能或较低剂量的辐射中，重离子束辐射往 相对复杂的生物学效应，辐射粒子在其径迹过程和 往比低LET(Linear energy transfer)辐射产生更高的 组成生命体的原子相互作用，在生物系统内发生更 生物学效应，包括诱导细胞失活和DNA 损伤。A549 加强烈的能级跃迁、化学键断裂、离子化并产生大 细胞的辐射研究表明，在10%细胞存活水平上，He 量自由基[3] 。早期研究表明，重离子束辐射引起的 离子束辐射(20 keV)相对 X-射线辐射(250 keV) 的 持续稳定生物学效应绝大多数源于其对遗传物质的 RBE 值为5.5[7] [8] 。Li 等 用单细胞凝胶电泳技术检测 改变，与低LET 辐射主要诱导DNA 单链断裂和单 碳离子束和X-射线辐射对Lewis 肺癌细胞的DNA 个碱基损伤不同，重离子束辐射对 DNA 的损伤形 损伤，结果表明碳离子束辐射比X-射线产生更高的 式更倾向于双链断裂、簇类损伤以及大片段碱基删 DNA 尾部百分含量和Olive 尾矩，在2 Gy 的剂量 除[4-6] 。因此，重离子束辐射往往引起高水平的DNA 点差距尤为明显。同时，低能或较低剂量重离子束 损伤，其损伤修复率相对较低，一定时间阈值内未 辐射诱