周光明-辐射生物学

受照细胞的克隆效率 对照细胞的克隆效率
克隆存活
Survival fraction
1 0.1 0.01
X-rays
92-1 HMV-I MeWo HMV-II C32TG G361 Colo679 OMM-1 OCM-1
0.001
0
2
4
6
8 10 12
Dose(Gy)
RBE
相对生物学效应 (RBE)：获得相同的生物学效应所需X射 线的剂量与待测射线剂量的比值。RBE值越大说明该射线 的生物学效应越强。
OER Dhypoxia Dair
effect
Dhypoxia ：缺氧时达到某一存活率需要的剂量； Dair ：有氧时达到相同存活率需要的剂量。
CHO：X射线 (from Elkind et al. 1965).
氧效应
LET增加 OER下降
氧效应
• X射线OER数值在 2.5-3 之间。 • 高LET辐射，如a粒子辐射，OER值为 1.
6
发展简史
有记录的第一个辐射生物学实验
7
发展简史
皮埃尔居里的手臂
早期辐射工作人员 严重的损伤效应
8
辐射的种类
辐射
非电离辐射 电离辐射
光子 粒子
X、g b、n、p、HI
辐射的穿透力
辐射与生物体的作用
经典靶学说
Charles R. Geard
Cucinotta 2006
辐射与生物体的作用
X光胶片显示电子、质子、a粒子穿过DNA分子
RBE Dx DHI
effect
RBE
线性平方模型 S e aDbD2
靶模型
S zeD / D1 [1 (1 eD / Dq )n ]
RBE
Survival fraction RBE
X-rays
1
Carbon
2.5
Neon
Silicon
Argon
2
Iron
0.1
1.5
1.6
0.1
1.5
G0
G1
Exp
0.01
1.4
0123456
0
0.2 0.4 0.6 0.8
1
Dose (Gy)
Survival fraction
➢RBE与细胞、生物效应强弱有关
RBE
➢RBE与选择的生物学终点有关
氧效应
氧效应
氧增比(OER)：在无氧和有 氧条件下产生相同生物效应 所需剂量的比值。
Neurons, Striated
muscle cells
低
物种的辐射敏感性
物种 小鼠
平均体重 kg0.025源自LD50 Gy7大鼠 0.2
6.75
恒河猴 2.8
5.25
狗 12.0
3.7
人
7.0
4
移植骨髓
细胞数 相对血液干细
/kg x 10-8
胞浓度
2
10
3
6.7
7.5
7.3
17.5
1.1
20
1
辐射效应
光子 重离子
光子
重离子
几个概念
能量：焦耳、eV、MeV/n、GeV/n LET (线性能量转移，传能线密度)：单位射程上沉积的
能量(单位：KeV/mm)。
Hall2005
几个概念
Dose (剂量)：单位质量里沉积的能量(单位：J/kg or Gy) Dose-rate(剂量率)：单位时间内的辐照剂量(单位：
Divide regularly,
intermitotic cells no differentiation
II. Differentiating intermitotic cells
Divide regularly, some differentiation between division
III. Connective Tissue Divide irregularly
高
Intestinal crypt cells,
Basal cells of oral
mucous membrane
Spermatocytes, Oocytes, Inner enamel of developing teeth
Endothelial cells, Fibroblasts
Liver, Pancreas, Salivary glands
剂量率效应
剂量率越低 细胞存活率越高
分次辐照
分次辐照增加细胞 存活率
From Hei et al. 1987
细胞周期
细胞周期与细胞辐射敏感性
CHO细胞
From Sinclair 1968.
虚线：分裂期细胞在无氧环境下的理论存活率
细胞的辐射敏感性
细胞类型
特性
示例
敏感性
I. Vegetative
Gy/min)。
D 1.610 9 LET F 1

D : Dose (Gy) LET : keV/mm
F : fluence (ions/cm2)
: density (g/cm3 )
克隆存活
对照细胞 受照细胞
克隆存活
辐射的剂量效应
克隆效率 =
形成的克隆数 接种细胞数
存活率 =
辐射生物学
周光明
苏州大学放射医学与防护学院
2020/2/9
2015.10.27苏州
1
辐射无处不在
辐射是一把双刃剑
1. 了解它 2. 利用它 3. 防护它
内容
辐射生物学发展简史 概念和定义 热点领域
➢重离子治癌
发展简史
1895年 伦琴发现X射线
发展简史
➢1896：贝克勒尔发现天然放射性；报道X射线的生物效应； 用X射线治疗黑痣； ➢1897：罗斯福发现a粒子和b粒子；首次提出用X射线治疗 癌症； ➢1898：居里夫妇发现镭和钚； ➢1903：分裂期细胞辐射敏感； ➢1930：测定第一条辐射存活曲线； ➢1946：首次提出肿瘤的粒子治疗； ➢1954：提出重离子束治癌
早期致死效应 造血综合征：
➢ 致命剂量<8 Gy ➢ 死亡高峰期为辐照后30天，并延续至辐照后60天 ➢ 抑制骨髓造血和脾脏的正常功能 ➢ 造血综合征相关症状包括：寒颤、疲劳、内出血、溃
IV. Reverting postmitotic cells
V. Fixed postmitotic cells
Do not divide regularly, variably
differentiated
Do not divide, highly differentiated
Erythroblasts,
1
0.01
0.5
0123456
1
Dose (Gy)
37% 10%
10
100
LET (keV/mm)
1000
➢RBE与射线种类（LET）有关
RBE
Surival fraction RBE
G0:X-rays
1
G1:X-rays Exp:X-rays
1.7
G0:Carbon
G1:Carbon
Exp:Carbon