放射肿瘤学基础

缺点：
• 必须是悬浮生长细胞，成团生长，不分离。
多细胞球体生长曲线的测定
• 在显微镜下以测微尺测量20～40个球体 的直径，取其平均值，以天数为横坐标， 平均直径为纵坐标．获得多细胞球体的 生长曲线。 • 生长较慢的肿瘤细胞不适合于球体培养。 因它需要较长的培养期，使实验周期延 长，而且要消耗大量的培养液。
特点：
•
重复性、稳定性、定量性好
• 因常用小鼠故对人体缺乏反应性
Animal Tumor Models in Vivo Routes of Challenge
• • • • • • • IP (Intraperitoneal) SC (Sub-cutaneous) IM (Intra-Muscular) ID (Intra-dermal) IV (Intravenous) IT (Intra-thecal) PO (Orally)
生长速率的变化。
• 一是从照射时算起，肿瘤再长到与照 射当时同等大小所需的时间； • 一是从照射时算起，肿瘤长到指定大 小所需的时间（TX射线），与对照组肿
瘤长到同等大小所需时间（T肿瘤）相
比较。
• 优点：照射的剂量范围大(从几个戈瑞
到几十戈瑞均可），但是每个剂量点
需要8～10只动物，实验周期较长，从
1. Inject mice with enough cells to form a tumor
2. Irradiate when 6mm diam
3. Determine the dose of radiation that is needed to cure 50% of mice. Threshold-sigmoid 100 curve that goes from Percent of 10% to 90% cure mice with 50 tumors over about 10Gy in a clinical fractionation 0 scheme (which is 0 10 20 30 40 50 60 70 80 hard to do in mice).
• 由于氧合程度的不同，肿瘤细胞和其附
近血管的距离决定了细胞的放射敏感性。 人和啮齿类动物肿瘤内毛细血管和组织
坏死之间的距离是十分相似的，两者间
乏氧细胞的比例差别也很小。
3、肿瘤的组织类型
• 两类肿瘤的组织类型和它们的生长率有
一定的差异。可以通过选择获到所需要
的人体肿瘤模型。有些小鼠肿瘤和人体
肿瘤的特点是一样的 。因此，应根据所
– 裸鼠 (Nude) or（Athymic Mice ）
– 米色鼠 (Beige Mice) ：NK Deficient
– SCID Mice – Severe combined immunodeficient mice – Immunosuppression by Irradiation or Drug Treatment
用实验肿瘤的具体特性制定实验计划，
或根据实验时间的要求选择实验对象。
பைடு நூலகம்
实体瘤照射效应的评价指标
SOLID TUMOR ASSAY SYSTEMS
• 介绍几种常用的方法。
（1）实体瘤体内原位分析
Solid Tumor analyzed in situ
1、肿瘤生长速率（Tumor growth rates ）： 通过测量肿瘤大小（平均直径或体积）表 示肿瘤生长速率的快慢。 样本量要大。 是评价实体瘤对某种处理方案反应的最简 单、最常用的终点指标。
assay）
某些细胞或实体肿瘤的细胞既可在
动物体内生长成实体瘤，又可进行
离体单细胞集落培养，也就是说可 进行体内、外迅速转换，并迅速生 长。
• 采用体外集落形成方法，测定体内照射 后肿瘤细胞存活率的方法。 • 方法：将受不同剂量体内局部照射的肿 瘤取出，分别制备单细胞悬液，将一定 数量的细胞种入培养皿中，在离体条件 下培养10～14天后，存活细胞可形成集 落，计数集落，计算出存活的肿瘤细胞 数，与0剂量下存活的肿瘤细胞数相比，

细胞群的组成
1）非同步的，处于周期细胞的细胞 2）不在细胞周期的G1期样细胞 3）G1期样乏氧细胞（约20％）
与原发肿瘤的相似之处：
• 分化特性：如特殊组织形态的生长或抗原的表 达。 • 细胞的异质性：诱导增殖的梯度和静止 • 生长体积动力学 优点：更好的模拟了体内实体瘤，有利于增敏 剂和化疗药物的研究。
Gy
• 评价某种放射治疗方案对肿瘤的抑制 程度； • 优点： 在用同品系动物做实验时重复性较 好，标准误差一般不超过5％，可为 临床放疗提供极为有价值的资料。
•缺点：
实验所需的动物数量较多，每个剂量组 一般需要动物10～20只，实验周期因肿 瘤生长的速度而异，一般较长(短者3个 月，长至4～5个月），因此有可能在实 验观察期动物因肿瘤转移等其他原因而 死亡，得不到需要的数据．
得出某剂量下细胞的存活分数 。
In-vivo / in-vitro assay
二、人类肿瘤异种移植模型
Human Cancers in Animal Hosts
Xenogeneic Tumor Models
• 多种人类肿瘤细胞可以在免疫缺陷的动 物体中以异种移植生长。用于异种移植 的受体动物有：
1、体外肿瘤模型系统－ 多细胞球状体
定义：某些肿瘤细胞在培养中形成多细 胞球状体，即每通过一次细胞分裂，子 细胞粘在一起形成球形细胞团，随培养
时间增加，细胞团逐渐增大，有时可成
为由数百万细胞组成的一个大细胞团。
形态：显微镜下观察，球体的外层由健康
的细胞紧密相靠，随着球体积逐渐增大， 分裂的子细胞互相粘在一起，当球长得很 大时，其中大部分由于乏氧和营养不足而 形成坏死区域，存在自然乏氧细胞，靠近 中间的细胞其增殖周期延长；成熟的球体， 犹如体内肿瘤一样，其内部的细胞是异质 性的．因此，可用于观察一些因素对肿瘤 的影响。
第二节 肿瘤的生长和消退
Tumor Growth and Regression
正常人体的细胞群根据其功能，可 以分为以下几组：
1、休止细胞群：没有细胞分裂或DNA成分 改变 2、增殖不稳定的细胞群：在机体的生命期 内不断增殖，但速度渐慢，增殖略大于 丢失。 3、更新或增殖稳定的细胞群： 4、肿瘤细胞群：
Tumor Growth Measurements
Growth delay
方法：实验中每天或每两天（由肿瘤生 长速率而定）测量肿瘤大小，所得结果 用时间（横坐标）与肿瘤大小（纵坐标） 绘制肿瘤曲线。当肿瘤长到一定大小时 （大鼠：8～10mm；小鼠2～4mm）则 可进行多种方案处理，观察处理后肿瘤
经静脉注入受体动物→3周后处死动物→
计数肺集落形成数。
• 将受不同剂量原位照射的肿瘤细胞注入
受体动物后所形成的肺集落数与0剂量 照射形成的肺集落数相比，可求出各照
射剂量下的存活分数，并绘制出肿瘤细
胞经体内照射后的剂量存活曲线。
Lung colony assay
2.体内－体外测定技术（ In-vivo / in-vitro
（2）稀释测定技术
Dilution assay
1、TD50有限稀释实验（ TD50 limiting
dilution assay）
• 方法： 荷瘤动物→照射→取瘤→制细胞悬液→
计数→倍比浓度稀释→接种→观察肿瘤
出现情况→计算50%动物发生肿瘤的肿
瘤数（TD50）
• 将受0剂量照射的荷瘤动物的TD50与受不 同剂量照射的荷瘤动物的TD50值相比， 分别计算出各剂量的存活分数。
肿瘤接种到实验结束大约需要2～3个
月左右．而且要求实验动物在试验期
间不能因肿瘤转移等非实验因素而造
成死亡。
2、 50％肿瘤控制实验
50% tumor control assay （TCD50 ） • 定义：指荷瘤动物中50％的肿瘤得到控
制或治愈所需要的照射剂量
实验时将荷瘤动物分成若干实验组，用 大剂量照射肿瘤局部，连续定期观察并 记录不同剂量照射组小鼠局部肿瘤消退 数，然后以照后不同天数肿瘤局部控制 率或治愈率为纵坐标，照射剂量为横坐 标作图，可得不同条件下的剂量效应曲 线；取不同处理各组达到50％被控制的 剂量即TCD50 。
原发性肿瘤（转化的肿瘤） 移植性实体瘤动物模型 人类肿瘤异种移植模型 多细胞球状体体外肿瘤模型
一、移植性实体瘤动物模型
• 肿瘤的传代方式：从一代动物移植到下一代。 • 实验动物：兄妹交配近亲繁殖的大鼠或小鼠 • 方法： 1、细胞悬液接种：无菌分离肿瘤细胞，给同系 受体动物每只皮下接种1×104～106个肿瘤细胞， 数天或数周接种部位出现可触及的肿瘤。
动物肿瘤和人体肿瘤的可比性
Problems with Transplanted Animal and Human Tumor Models
1、体积（Volume）：
小鼠肿瘤的绝对体积比人体肿瘤小， 但肿瘤和其载体（整个身体）体积 的比值，小鼠的要大得多。
2、乏氧细胞（Hypoxic cells）：
2、组织块移植接种：
在无菌条件下从荷瘤动物取出肿瘤， 以生理盐水或PBS洗去血圬物，去掉包 膜以及坏死组织，然后将组织切成12nm3的小块。用套管针或眼科镊子直 接植人同一品系动物或裸鼠预定部位 的皮下。
• 部位：肋腹、后背或腿部
• 用途：各种整体实验，如：肿瘤对 辐射的反应性，肿瘤放射敏感性等
• 机体中免疫豁免位臵（ Immunologically
Privileged Sites） – 仓鼠的颊囊（Hamster Cheek Pouch）
– 角膜（Cornea of the Eye）
• 优点：保留人类的核型及该个体肿瘤的 组织形态、生化和细胞遗传特性到至少 10代。
缺点：
1、有肿瘤被排斥的反应； 2、移植肿瘤细胞在小鼠体内发生动力学和细 胞选择（肿瘤的生长速度比在人体内时 快），出现乏氧细胞； 3、移植肿瘤在小鼠体内维持人类肿瘤的组织 学特性，而基质组织则来源于小鼠。在对 人类肿瘤细胞异种移植物的研究中，血管 系统的供应起十分重要的作用，因此，所 得结果的确切性则较鼠类肿瘤的研究差。
肿瘤局部控制率的照射剂量可提供分析 的范围较窄
3、核素活性丢失的测试
Nuclide activity losing assay 先让肿瘤内处于活跃增殖周期的细胞标 记上125I-UdR。测定肿瘤在受照射后不同 时间内核素活性丢失的情况，可反映肿
瘤受损伤的程度。
• 特点：
用时较短(约10天左右），所用动物也少， 仅用几只即可；但其敏感性仅限于低剂 量的一到两个数量级的细胞杀灭 (SF=0.1~0.01) 如肿瘤有免疫性，还会受肿瘤内非肿瘤 细胞的干扰。
Response of Human tumor xenografts and clinical complete remission rates
三、肿瘤细胞的单层 vs 球形培养
Monolayers vs. 3-D spheroid cultures • 哺乳动物细胞培养时或贴壁生长或悬浮 生长。即使悬浮生长时也是单层生长。 • 但某些细胞，特别是啮齿动物的几种肿 瘤细胞系却可成球形生长 (grow as spheroids.)
肿瘤放射生物学基础
The effects of radiation on tumors.
The biological bases of radiotherapy
第一节 实验肿瘤模型及其分析方法
Cancer Model Systems In Vitro
肿瘤模型的建立是放射肿瘤学实验研 究的基础 。 实验室常用的肿瘤模型包括：
1、正常组织增殖动力学
受自动稳定控制系统的控制：到一定程度 细胞增殖就会停止，主要有2种生长控制： 1）直接作用于细胞群，由子代细胞产生 的对细胞增殖的反馈作用（接触抑制） 2）作用于细胞周围环境，可以同时对几 种细胞群起作用,如激素 此外，神经调节、营养、温度等也起一 定的调节作用。
存活分数＝
TD50对照 TD50照射
• 特点：
比较烦琐，实验的步骤多，而且需
要的动物量相当大，整个一批实验 所用时间也较长。目前如能采用其 他方法说明问题，一般不再采用此 法。
（3）集落测定
Colony assay
1.肺集落测定（ Lung colony assay）
• 方法：荷瘤动物原位照射肿瘤后→取瘤制 成单细胞悬液→将已知数量的单细胞悬液