从放射生物效应中的5个“R”,洞悉放射生物学未来发展

放射生物学对肿瘤放疗的意义不言而喻,一个好的放疗方案及放疗时机的选择直接影响治疗效果, 而放疗方案的制定与放射生物学密切相关。根据放射生物学特点来合理设计放疗方案是每个放疗工作者必须具备的素质。

目前,线性二次方程被广泛地应用于放疗生物剂量的换算,特别是大分割放疗的放射生物学效应。

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韩光

放疗说特邀专家讲师

副主任医师,肿瘤学博士,硕士生导师,湖北省肿瘤医院放疗中心副主任,美国内布那斯加州大学医学院(UNMC)放疗中心访问学者;

擅长肺癌、鼻咽癌、头颈鳞癌、食管癌、结直肠癌、乳腺癌和淋巴瘤等各种常见恶性肿瘤的放化疗等综合治疗及靶向免疫治疗。

主持国家及省市级科研项目7项,曾获得湖北省科技进步二等奖、深圳市科技进步一等奖。以第一或者通讯作者发表论文40余篇,其中SCI论文31篇,主要发表在Cell Research、Eur Respir J、Radiother Oncol、Clin Microbiol Infect、Clin Lung Cancer、Frontiers in Oncology 等期刊。

1. 细胞生存曲线的概念

细胞生存曲线由:肩部区(低剂量范围内的弯曲部分)和指数区(较高剂量范围内的直线部分)组成。生存曲线包括:Dq、D1、D0和N等参数。

肩部区越宽,细胞对放射性的修复能力就越强,对放疗的敏感性就越差,其直线区就比较靠后。当肩部区较窄,细胞生成曲线就主要以直线区为主,说明射线对细胞的损伤都是以双链断裂直接损伤为主,因此该细胞的放射敏感性越高。

正是由于这个原因的存在,所以会有早反应和晚反应组织之分,也正是由于不同细胞对相同能量射线的放射生物效应的差异,临床上就采用了分割放疗的模式。晚反应的放射敏感性较低,肩部区较宽,相对而言,正常组织以晚反应组织居多,有足够的恢复时间,而肿瘤组织的敏感性较高,所以以指数区居多,肩部区较窄。

2. 放射生物效应里面的5个“R”

放射生物效应里面存在4个R,分别是:亚致死损伤修复(repair of sublethal damage),再群体化(repopulation),细胞周期时相再分布(redistribution within the cell cycle),肿瘤乏氧细胞再氧合(reoxygenation)。

这4个R中,第3和4是有利于放射治疗的。

细胞生存曲线可以采用线性二次方程来表示,方程里常用的参数是α和β,肩部区(低剂量范围内的弯曲部分)对应的是β效应(多击单链断裂系数,即单次击中,DNA双链断裂,其损伤与吸收剂量成正比,N1= αD),指数区(较高剂量范围内的直线部分)对应的是α效应(单击双链断裂系数,是指多次击中,DNA单链断裂,其损伤与吸收剂量的平方成正比,N2= βD2)。

α/β比值:表示引起细胞杀伤中单击和双击成分相等时的射线剂量。αD =βD2;D=α/β。当两个放射生物学效应相等,即α乘以单次剂量,等于β乘以剂量的平方, 当一种细胞的a/β值越大,代表着该细胞放射敏感性越高。

线性二次方程BED的计算方法,即BED=dn[1+d/(α/β)],d代表每次的放疗剂量、n代表放疗次数。

采用线性二次方程来换算不同单次放疗剂量,是平时应当熟练掌握的。

第5个R又称为细胞的内在的敏感性(individual Radiosensitivity),不同的细胞对于相同的放疗射线存在不同的内在敏感性差异,同时对于同一种细胞,如果发生一定的基因表达的改变,也会导致其放疗内在敏感性差异,例如:EGFR突变的病人视乎对放疗的敏感性更好。因此,细胞的放疗内在的敏感性也很重要。

3. SBRT与Flash的放射生物学模型

简而言之,极限高的剂量率也就是Flash的放疗模式。高能LET穿射能力强,而低能LET穿射能力差,不同的能量造成的细胞损伤不一样。

高剂量率对肿瘤的杀伤力更强,而低剂量率相对较差。

Flash模式放疗就是短期时间(百量级毫秒)内,释放大剂量的高能x射线产生对于肿瘤的损伤。这种模式可能是今后放疗发展的一个方向。

SBRT采用的仍是线性二次方程的放射生物学模型,10Gy乘以5次,或者12Gy乘以4次,你要换算成BED。一般我们认为BED需要达到100以上,对于原发性肺癌的放疗根治效果会更好,当然这样的概念不适用于脑组织里面去,如果采用同样的模式,可能会产生严重的脑坏死。

我们期望对于同样的剂量,采用Flash模式,可能会产生更好放疗效果,对于正常组织的保护也更好。而对于Flash的生物学模型,目前还在摸索中,其基本原则还不清楚,还需要更多的研究。

4. 放射生物学与其科研发展方向

对于放射生物学的科研方面,韩光教授认为,以后主要是免疫微环境,即上文中我们提到的第5个R——内在放射敏感性。比如某个基因对于放射敏感性的关系很大,就可以通过改变这个基因的表达从而改变细胞对射线的敏感性,最终达到更好的治疗效果。

另外,就是放射免疫方面,采用什么样模式的分割放疗联合PD-1/PDL-1可以产生最好的放射生物学的效用和机制,是目前和今后研究的热点。

同时也可以采用Flash模式的联合治疗,目前已经有消息报道美国的MD安德森癌症中心正在对该中心现有的直线加速器进行改造,使其具有产生Flash治疗的模式,再跟免疫治疗相结合,都是今后放射生物学科研的方向。返回搜狐,查看更多

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