Analysis of the high-dose-range radioresistance of prostate cancer cells, including cancer stem cells, based on a stochastic model

確率モデルに基づた癌幹細胞を含む前立腺癌に対する高線量域放射線抵抗性の分析

嵯峨 涼*; 松谷 悠佑  ; 高橋 玲*; 長谷川 和輝*; 伊達 広行*; 細川 洋一郎*

Saga, Ryo*; Matsuya, Yusuke; Takahashi, Rei*; Hasegawa, Kazuki*; Date, Hiroyuki*; Hosokawa, Yoichiro*

放射線治療において、腫瘍に含まれる癌幹細胞は放射線抵抗性を持つことが知られているが、細胞内の幹細胞含有率と細胞生存率の関係は未だ解明されていない。そこで本研究では、幹細胞を考慮した細胞死とDNA損傷を表現し得る数理モデルを構築し、幹細胞が細胞生存率へもたらす影響を解析した。細胞実験(フローサイトメトリ)による解析から、培養された細胞内の癌幹細胞の含有率は3.2%以下であり、モデルから推定された含有率と良い一致を示した。この検証に基づいたモデル推定から、高線量照射後の細胞生存率は幹細胞の影響を大きく受けることが明らかとなった。また、数%の幹細胞を考慮することで、核内致死DNA損傷数に関する線量応答も従来の放射線感受性モデル(LQモデル)より良い再現度を示すことが分かった。本研究の成果は、幅広い線量域に対する細胞の線量応答の評価では、幹細胞の考慮が不可欠であることを明らかにするものである。

In radiotherapy, it is recognized that cancer stem cells (CSCs) in tumor tissue shows radio-resistance. However, the relationship between content percentage of the CSCs and dose-response curve on cell survival remain unclear. In this study, we developed a stochastic model considering progeny cells and stem cells, and investigated the impact of stem cells on radio-sensitivity. From the flow-cytometric analysis (cell experiments), the content percentage of stem cells was 3.2% or less which agreed well with the model estimation from the cell survival curve. Based on the verification, it is suggested that cell survival in high-dose range is largely affected by the CSCs. In addition, regarding the sub-population of stem cells, the present model well reproduces the dose response on lethal lesions to DNA comparing with the conventional LQ model. This outcome indicates that the stem cells must be considered for describing the dose-response curve in wide dose range.