Oxygen enhancement ratios of cancer cells after exposure to intensity modulated X-ray fields; DNA damage and cell survival

強度変調X線照下におけるがん細胞の酸素増感効果比; DNA損傷と細胞生存率

松谷 悠佑  ; McMahon, S. J.*; Butterworth, K. T.*; 内城 信吾*; 奈良 一志*; 谷内 淑恵*; 嵯峨 涼*; 石川 正純*; 佐藤 達彦   ; 伊達 広行*; Prise, K. M.*

Matsuya, Yusuke; McMahon, S. J.*; Butterworth, K. T.*; Naijo, Shingo*; Nara, Isshi*; Yachi, Yoshie*; Saga, Ryo*; Ishikawa, Masayori*; Sato, Tatsuhiko; Date, Hiroyuki*; Prise, K. M.*

腫瘍内の低酸素細胞は放射線抵抗性を示し、分割放射線療法の悪性進行を引き起こす。不均質な酸素条件下に存在する腫瘍に線量を付与させる場合、照射野内と照射野外の細胞間で伝達される細胞間シグナリングにより、両者の放射線感受性が変化することが知られている。しかしながら、強度変調照射下において低酸素症が放射線感受性へ与える影響については不明である。本研究では、2種類のがん細胞株(DU145とH1299)を使用して、低酸素症が、照射野内外の細胞に対する放射線感受性(DNA損傷と細胞死)へもたらす影響を研究した。細胞実験の結果から、低酸素症は照射野外の放射線感受性へ明らかに影響を与える一方、その低酸素症の影響の程度(酸素増感効果比)は照射野内細胞よりも小さいことがわかった。DNA損傷ならびに細胞死の両評価対象に対して、照射野外で低減される放射線感受性について一貫した傾向が示された。これらの成果は、強度変調放射線を活用して低酸素下の腫瘍を照射する際の治療計画時において、放射線誘発の細胞間シグナリングを考慮する重要性を示すものである。

Hypoxic cancer cells within solid tumours show radio-resistance, leading to malignant progression in fractionated radiotherapy. When prescribing dose to tumours under heterogeneous oxygen pressure with intensity-modulated radiation fields, intercellular signalling could have an impact on radiosensitivity between in-field and out-of-field cells. However, the impact of hypoxia on radio-sensitivity under modulated radiation intensity remains uncertain. In this study, we investigate the impact of hypoxia on in-field and out-of-field radio-sensitivities using two types of cancer cells. These in vitro measurements indicate that hypoxia apparently impacts out-of-field cells, although the OER values in out-of-field cells were smaller compared to those for in-field and uniformly irradiated cells. These decreased radio-sensitivities of out-of-field cells were shown as a consistent tendency for both DSB and cell death endpoints, suggesting that radiation-induced intercellular communication is of importance in treatment planning with intensity-modulated radiotherapy.