Track structure study for energy dependency of electrons and X-rays on DNA double-strand break induction

DNA二本鎖切断誘導に対する電子線およびX線のエネルギー依存性評価へ向けた飛跡構造研究

谷内 淑恵*; 吉井 勇治*; 松谷 悠佑  ; 森 諒輔*; 及川 青亮*; 伊達 広行*

Yachi, Yoshie*; Yoshii, Yuji*; Matsuya, Yusuke; Mori, Ryosuke*; Oikawa, Joma*; Date, Hiroyuki*

光子線および電子線に対する放射線加重係数はエネルギーに依存せず一意に1.0と定められている。しかしながら、200kVp X線と比較して、29kVpX線で生物学的効果が高くなることを指摘する実験データも公表されている。また、光子線による生体への影響は、相互作用で生成される電子線による影響の評価も重要となる。本研究では、染色体(マイクロメートル)スケールにおける放射線飛跡上のエネルギー付与の密度を表す線量平均線エネルギー(keV/m))をモンテカルロ計算により評価し、診断用X線と治療で使用される6MVのX線エネルギースペクトルに対するDNA二本鎖切断生成率の実測結果と比較した。実測値から、治療用X線(6MV)と比較して診断用X線(60-100kVp)において、多くのDNA二本鎖切断数を検出した。この実測値と線量平均線エネルギー(計算値)の関係から、X線エネルギーが小さいほど低エネルギー電子の作用により生物学的効果が高くなる可能性が示された。本研究の成果は、光子線および電子線に対する放射線加重係数をエネルギーに応じて定義すべきことを示唆するものである。

Radiation weighting factor for photon and electron is defined as 1.0 independently these energies. However, it should be noted that the biological effects after 29 kVp X-rays is relative higher than standard 200 kVp X-rays at the endpoint of . And it is of importance to evaluate electrons generated via interaction of photons with matter. Here, we evaluated the energy concentration along electron track (dose-mean lineal energy) on chromosome (micron-meter) scales by Monte Carlo simulation, and measured the DNA double-strand breaks (DSBs) induction. From the cell experiments, the DSBs induction after diagnostic X-rays exposure (60-100 kVp) is higher than those with therapeutic X-rays (6 MV). In the relation between the dose-mean lineal energy and the number of DSBs, it was shown that lower energy photons might induce more biological impact due to the interaction by low energy electron. This study implies that radiation weighting factor for photon and electron should not be unity.