Impact of the Lorentz force on electron track structure and early DNA damage yields in magnetic resonance-guided radiotherapy

磁場共鳴誘導放射線治療における電子線飛跡構造と初期DNA損傷へのローレンツ力の影響

谷内 淑恵*; 甲斐 健師   ; 松谷 悠佑  ; 平田 悠歩   ; 吉井 勇治*; 伊達 広行*

Yachi, Yoshie*; Kai, Takeshi; Matsuya, Yusuke; Hirata, Yuho; Yoshii, Yuji*; Date, Hiroyuki*

近年、腫瘍を見ながら治療する磁場共鳴誘導放射線治療法(MRgRT)が開発され、その装置が医療施設へ導入され始めている。MRgRTにおいて、ローレンツ力は荷電粒子によるマクロな線量分布を変調することが知られているが、生体内におけるミクロな放射線飛跡構造や初期DNA損傷に対するローレンツ力の影響は未解明のままである。本研究では、PHITSを利用し、静磁場が印加された生体内の電子線飛跡構造を模擬し、その結果から生物学的効果の特徴を推定した。本研究により、腫瘍サイズのマクロな線量分布はローレンツ力に強く依存する一方、分子サイズのミクロなDNA損傷は、ローレンツ力の影響を受けない数10eV未満の二次電子がDNAの二本鎖切断に起因することを明らかにした。本研究から得られた新たな知見はMRgRTの発展に大きく寄与することが期待される。

Recently, magnetic resonance-guided radiotherapy (MRgRT) which can visualize tumors in real time has been developed and installed in several clinical facilities. It is known that Lorentz force modulate macroscopic dose distribution by a charged particle, however, the impact by the force on microscopic radiation-track structure and early DNA damage induction remain unclear. In this study, we simulated the electron-track structure in a static magnetic field using a PHITS, and estimated features of biological effects. We indicated that the macroscopic dose distributions are changed by the force, while early DNA damage such as double strand breaks is attributed to the secondary electrons below a few tens of eV which are independent of the force. We expect that our insight significantly contributes to the MRgRT.