Protective effects induced following the exposure to modulated radiation intensity reduce importance of dose-rate effects

強度変調放射線照射下において誘導される防御応答は線量率効果の重要性を低減させる

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

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

現在の放射線療法(例、IMRT, VMAT, サイバーナイフ等)で用いられる不均一照射下では、細胞間シグナル効果ならびに照射中のDNA修復が、細胞生存率の増加(放射線抵抗性)を誘導する重要な役割を果たす。しかしながら、不均一照射時に誘導される放射線抵抗性の根本的なメカニズムは未だ解明されていない。本研究では、不均一照射が放射線照射後の細胞生存率に与える影響を解明するため、細胞実験と開発した放射線感受性モデルを用いた解析により、DNA主鎖切断率と細胞生存率の関係を評価した。細胞実験においては、培養細胞を含む培養皿の50%の面積に対してX線照射(半照射)を行った。また、モデル開発においては、線量率効果と細胞間シグナル効果を考慮した細胞応答をモデル化した。実験との比較の結果、不均一照射が、照射細胞における初期のDNA損傷生成率を減少させ、細胞生存率の増加を誘導する一方、照射時間中の細胞回復効果(線量率効果)の重要性が低下する知見を得た。本研究により、不均一照射下では、初期の防御応答により、照射細胞において放射線抵抗性が誘導されることが示された。

Under non-uniform exposure caused in modern radiotherapy (i.e., IMRT, VMAT and Cyberknife), intercellular signalling and DNA repair during irradiation play important roles in the induction of increased cell survival (radio-resistance). However, the underlying mechanisms which induce radio-resistance following such exposures remain unclear. In this study, to investigate the impact of modulated radiation intensity on radio-sensitivity, we performed cell experiments and developed model analysis, and evaluated the cell survival and DNA strand break yield. In this experiment, the dose was delivered to 50% of the area of the flask containing cells. In model development, we also modelled cell responses considering dose-rate effects and signaling effects. As a result, in comparison with uniform-field exposure, the non-uniform irradiation reduces the initial yield of DNA damage in directly irradiated cells, leading to higher cell survival, whilst the importance of cell recovery during irradiation (dose-rate effects) was reduced. This work suggests that the radio-resistance in directly irradiated cells is predominantly attributed to initial protective effects after non-uniform irradiation.