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Calculation of heavy ion-induced DNA damage based on microdosimetric quantities

重粒子線によるDNA損傷の微視的線量に基づく計算

渡辺 立子; 横谷 明徳; 橋本 慎太郎  ; 佐藤 達彦   

Watanabe, Ritsuko; Yokoya, Akinari; Hashimoto, Shintaro; Sato, Tatsuhiko

放射線による微視的なエネルギー付与分布は、重粒子線照射による生物効果比(RBE)を決定づける重要な要因と考えられる。異なる線種や粒子線エネルギーの効果を比較してRBEを求めるための指標には線エネルギー付与(LET)が広く用いられているが、LETには3次元的な線量分布に関する情報が含まれない。そこで、3次元的な線量分布を反映することが可能な微小領域での線量を指標とすることが、より望ましい。そこで、本研究は、DNA2本鎖切断や複雑損傷等、細胞致死に深く関与すると考えられる損傷について、細胞構造体レベルの微小領域における線量との関係を明らかにすることを目的とした。このため、重粒子線による微視的な線量の分布およびDNA損傷量を、モンテカルロ法による放射線の飛跡構造シミュレーションにより算出した。発表では、様々なサイズの微小領域の線量分布とDNA損傷量の関係と、重粒子線の飛跡内でのDNA損傷の空間分布等について報告し、微視的線量に基づいた細胞生存率の線量依存性モデル等における微小領域サイズとDNA損傷との関係についても議論する。本研究の成果は、DNA損傷生成メカニズムの理解と、これに基づいた生物学的線量の評価法の開発に寄与し得るものである。

The microscopic distribution of energy deposition is an essential factor to determine the relative biological effectiveness (RBE) of heavy ions. Although the linear energy transfer (LET) is the most generally used parameter for comparison of RBE, microdosimetric quantities as lineal energy (y) are considered to be more suitable parameter, as they reflects the ionization densities in microscopic sites. In this study, we focus on the evaluation of the number of DNA damage in relation to the microdosimetric quantities in the sites of sub-cellular sizes by Monte Carlo simulation. The numbers of double strand breaks (DSB), complex damages were calculated around the several mono-energetic ions. In the presentation, the number of DNA damage induced in the microscopic site correlated with the lineal energy and also the spatial distribution of the damages along the ion trajectories will be shown and discussed in terms of the cell-survival fraction models.

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