Intensity modulated radiation fields induce protective effects and reduce importance of dose-rate effects

強度変調放射線場による防御効果の誘導及び線量率効果の重要性の低減化

松谷 悠佑  ; McMahon, S. J.*; Ghita, M.*; 吉井 勇治*; 佐藤 達彦   ; 伊達 広行*; Prise, K. M.*

Matsuya, Yusuke; McMahon, S. J.*; Ghita, M.*; Yoshii, Yuji*; Sato, Tatsuhiko; Date, Hiroyuki*; Prise, K. M.*

放射線治療において、強度変調放射線場と複雑な線量伝達を使用して腫瘍へ高線量を処方する。しかしながら、それらを組み合わせた照射中の細胞応答は未だ明らかになっていない。そこで、強度変調放射線場が放射線感受性と照射中の回復に与える影響を解析した。先ず、培養細胞を含む培養フラスコの50%(半照射野)もしくは100%(全照射野)の面積に照射を行った。また、線量率と細胞間シグナルの両効果を考慮した細胞死を表現しうるモデルを構築した。その結果、(i)同吸収線量被ばく時の全照射野被ばくと比較し、半照射野被ばく時の照射野内細胞は高い生存率を示し、(ii)半照射野下におけるヒト正常皮膚線維芽細胞の亜致死損傷 回復の重要度が低減することが分かった。さらに、(iii)半照射野時の生存率の増加はレスキュー効果(修復の増加)ではなく防御効果(初期DNA損傷生成率の低減)に起因する知見を得た。これらの知見は、不均一被ばく後の照射細胞と非照射細胞に対する放射線感受性の新たな理解に貢献するものである。

In radiotherapy, intensity modulated radiation fields and complex dose-delivery are used to prescribe doses to tumors. Here, we analyzed the impact of modulated field on radio-sensitivity and cell recovery during irradiation time. The dose was delivered to either 50% of the area of the flask containing cells (half-field) or 100% of the flask (uniform-field). We also modelled cell-killing considering dose-rate effects and intercellular signals. It is found that (i) in-field cell survival under half-field exposure is higher than uniform-field exposure even with the same dose; (ii) the importance of sub-lethal damage repair in normal human skin fibroblast cells under the half-field is reduced; (iii) the increase of cell survival under half-field is predominantly attributed to not rescue effects (increased repair) but protective effects (reduced initial DNA lesion yield). These findings provide new understanding of radio-sensitivity for hit and non-hit cells under non-uniform exposure.