Equivalent relative biological effectiveness for cell survival and micronuclei formation; Insights from a biophysical approach

細胞生存と微小核形成に対する等価生物学的効果比; 生物物理学的アプローチからの洞察

松谷 悠佑  ; 嵯峨 涼*; Wang, Y.*; 佐藤 達彦   

Matsuya, Yusuke; Saga, Ryo*; Wang, Y.*; Sato, Tatsuhiko

放射線誘発微小核(micronuclei, MN)は染色体断片であり、近年、比較的早期に検出可能な染色体異常の定量的指標として使用されている。近年、MN形成を評価する技術は注目を集めているものの、MNの意義とそれに伴う細胞応答は未だ解明されていない。本研究では、被ばく後の細胞生存率を予測可能なintegrated microdosimetric-kinetic(IMK)モデルを拡張し、MN頻度を推定する生物物理学的モデルを提示し、MN形成に伴う細胞応答を理論的に検討した。本モデルは、修復不全による致死損傷からのMN形成確率を導入することで、線エネルギー付与や線量率に依存したMN形成頻度の予測に成功した。また、同モデルを使用した解析により、同一照射条件下では、細胞生存率とMN頻度に対する生物学的効果比は同等であることが確認された。本成果は、MNが放射線治療と放射線防護の双方において、被ばく後早期における治療効果と組織学的損傷を定量的に評価するために有用であることを示唆している。

Radiation-induced micronuclei (MN), which are chromosome fragments, are currently used as a quantitative indicator of the chromosomal aberrations detectable at a relatively early phase. The technique to assay the MN formation has been followed with increasing interest. However, the meaning of MN and the corresponding cellular responses remains uncertain. This study presents a biophysical model for estimating MN frequency by the extension of an integrated microdosimetric-kinetic (IMK) model that allows the prediction of cell survival after exposure, and theoretically explores the cellular responses associated with MN formation. By introducing a probability of MN formation from lethal lesions due to misrepair, our developed model enables the prediction of MN formation frequency depending on linear energy transfer and dose rate. Our model analyses confirmed that the relative biological effectiveness for cell survival and MN frequency are equivalent under the same irradiation conditions, indicating that MN is useful in both radiation therapy and radiation protection to quantitatively evaluate curative effects and histological damage at early stages after exposure.