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論文

Analysis of the high-dose-range radioresistance of prostate cancer cells, including cancer stem cells, based on a stochastic model

嵯峨 涼*; 松谷 悠佑; 高橋 玲*; 長谷川 和輝*; 伊達 広行*; 細川 洋一郎*

Journal of Radiation Research, 60(3), p.298 - 307, 2019/05

放射線治療において、腫瘍に含まれる癌幹細胞は放射線抵抗性を持つことが知られているが、細胞内の幹細胞含有率と細胞生存率の関係は未だ解明されていない。そこで本研究では、幹細胞を考慮した細胞死とDNA損傷を表現し得る数理モデルを構築し、幹細胞が細胞生存率へもたらす影響を解析した。細胞実験(フローサイトメトリ)による解析から、培養された細胞内の癌幹細胞の含有率は3.2%以下であり、モデルから推定された含有率と良い一致を示した。この検証に基づいたモデル推定から、高線量照射後の細胞生存率は幹細胞の影響を大きく受けることが明らかとなった。また、数%の幹細胞を考慮することで、核内致死DNA損傷数に関する線量応答も従来の放射線感受性モデル(LQモデル)より良い再現度を示すことが分かった。本研究の成果は、幅広い線量域に対する細胞の線量応答の評価では、幹細胞の考慮が不可欠であることを明らかにするものである。

論文

Dosimetric impact of a new computational voxel phantom series for the Japanese atomic bomb survivors; Children and adults

Griffin, K.*; Paulbeck, C.*; Bolch, W.*; Cullings, H.*; Egbert, S.*; 船本 幸代*; 佐藤 達彦; 遠藤 章; Hertel, N.*; Lee, C.*

Radiation Research, 191(4), p.369 - 379, 2019/04

 パーセンタイル:100(Biology)

原爆生存者に対する被ばく線量評価は、幼児・小児・成人の3年齢群に対する幾何学形状人体ファントムを用いて実施されており、最新の結果はDS02レポートにまとめられている。しかし、幾何学形状ファントムは、人体の詳細な解剖学的特性を表現しておらず、また、年齢群も3つでは不十分との指摘があった。そこで、1945年の日本人体系を詳細に模擬した6年齢群に対するボクセル形状ファントムを開発し、解剖学的な違いが線量評価に与える影響を調査した。その結果、典型的な原爆被ばく条件に対して光子及び中性子による臓器吸収線量は最大でそれぞれ25%及び70%程度異なることが明らかとなった。本成果は、今後、原爆生存者に対する線量再評価を行う際に役立つと考えられる。

論文

A New Standard DNA Damage (SDD) data format

Schuemann, J.*; McNamara, A. L.*; Warmenhoven, J. W.*; Henthorn, N. T.*; Kirkby, K.*; Merchant, M. J.*; Ingram, S.*; Paganetti, H.*; Held, K. D.*; Ramos-Mendez, J.*; et al.

Radiation Research, 191(1), p.76 - 93, 2019/01

DNA損傷には様々なタイプがあり、異なった生物学的効果を引き起こす。過去数10年間、放射線照射によるDNA損傷の生成やそれらが引き起こす生物効果のシミュレーションが行われてきたが、各研究者が独自のデータフォーマットを用いて解析していたため、相互比較を行うことができなかった。そこで、本論文では、新しい標準DNA損傷データフォーマットを提案し、モデル間の相互比較を可能とする。これにより、放射線照射によるDNA損傷のメカニズム解明や放射線影響シミュレーション研究の活性化を図る。

論文

Validation of the physical and RBE-weighted dose estimator based on PHITS coupled with a microdosimetric kinetic model for proton therapy

高田 健太*; 佐藤 達彦; 熊田 博明*; 纐纈 純一*; 武居 秀行*; 櫻井 英幸*; 榮 武二*

Journal of Radiation Research, 59(1), p.91 - 99, 2018/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:25.56(Biology)

陽子線や炭素線治療などの治療計画では、物理線量のみならず生物学的効果比(RBE)を考慮したRBE加重線量を評価する必要がある。本研究では、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSとマイクロドジメトリ運動学モデル(MKM)を組み合わせたRBE加重線量計算手法の精度検証を陽子線治療に対して実施した。その目的のため、筑波大学陽子線治療センターのビームラインを詳細に模擬した幾何形状をPHITS内で構築し、155MeV陽子の単色ビームと拡大ブラッグピーク(SOBP)ビームに対する物理線量及びRBE加重線量を計算した。計算値と過去における測定値を比較した結果、物理線量及びRBE加重線量に対して最大でそれぞれ3.2%及び15%程度の過大評価が見られるものの、両者は概ねよく一致することが分かった。この成果により、PHITSとMKMを組み合わせたRBE加重線量計算手法が陽子線治療に対しても十分な精度を有することが実証され、様々な放射線治療法の治療計画において本手法が有用となることが示された。

論文

Protective effects of hot spring water drinking and radon inhalation on ethanol-induced gastric mucosal injury in mice

恵谷 玲央*; 片岡 隆浩*; 神崎 訓枝*; 迫田 晃弘; 田中 裕史; 石森 有; 光延 文裕*; 田口 勇仁*; 山岡 聖典*

Journal of Radiation Research, 58(5), p.614 - 625, 2017/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:71.73(Biology)

ラドン($$^{222}$$Rn)ガスを用いたラドン療法は、ラドンガスの吸入とラドンを含む水の摂取の2種類の治療に分類される。温泉水の短期または長期の摂取は胃粘膜血流を増加させ、温泉水治療が慢性胃炎および胃潰瘍の治療に有効であることはわかっているが、粘膜障害に対するラドンの正確な影響やそのメカニズムは不明である。本研究では、マウスのエタノール誘導胃粘膜障害に対する温泉水摂取およびラドン吸入の抑制効果を検討した。マウスを用いて、ラドン2000Bq/m$$^{3}$$を24時間吸入、または温泉水を2週間摂取させた。水中$$^{222}$$Rn濃度は、663Bq/l(供給開始時)から100Bq/l(供給終了時)の範囲にあった。その後、マウスに3種類の濃度のエタノールを経口投与させた。粘膜障害の指標である潰瘍指数(UI)は、エタノールの投与量に依存して増加した。しかし、ラドン吸入または温泉水による処理は、エタノールによるUIの上昇を抑制した。ラドン処理群と無処理対照群では抗酸化酵素の有意差は認められなかったが、ラドンまたは温泉水で事前処理したマウスの胃の過酸化脂質レベルは有意に低かった。これらの結果は、温泉水摂取とラドン吸入がエタノール誘導胃粘膜障害を抑制することを示唆している。

論文

Measurement of neutron production double-differential cross-sections on carbon bombarded with 430 MeV/nucleon carbon ions

板敷 祐太朗*; 今林 洋一*; 執行 信寛*; 魚住 祐介*; 佐藤 大樹; 梶本 剛*; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; 松藤 成弘*

Journal of Radiation Protection and Research, 41(4), p.344 - 349, 2016/12

重粒子線治療は、根治性の高さや患者への身体的負担の小さなガン治療法として成果を上げているが、患者には術後の2次発ガンのリスクが伴う。このリスク評価では、体内の放射線挙動や核反応の理解が不可欠となり、放射線輸送計算コードが有用なツールとなる。計算コードの重イオン核反応に対する検証は十分でないため、放射線生成過程の実験データが必要となる。そこで、本研究では、新しいガン治療用のビームとして使用されている核子あたり430MeVの炭素ビームと人体構成物質との核反応から放出される中性子の二重微分断面積の実験データを整備した。実験は、放射線医学総合研究所のHIMAC加速器において実施した。核子当たり430MeVの炭素ビームを45$$^{circ}$$に傾けた5cm$${times}$$5cm$${times}$$1cmの固体炭素標的に入射し、生成される中性子を15$$^{circ}$$, 30$$^{circ}$$, 45$$^{circ}$$, 60$$^{circ}$$, 75$$^{circ}$$および90$$^{circ}$$方向に設置した中性子検出器で測定した。また、中性子の運動エネルギーは飛行時間法により決定した。取得した実験データとPHITSの計算値を比較したところ、PHITSはこのエネルギー領域における炭素からの中性子生成を適切に模擬できることが分かった。

論文

Development of the graphite-moderated neutron calibration fields using $$^{241}$$Am-Be sources in JAEA-FRS

西野 翔; 谷村 嘉彦; 江幡 芳昭*; 吉澤 道夫

Journal of Radiation Protection and Research, 41(3), p.211 - 215, 2016/09

原子力機構・放射線標準施設に、$$^{241}$$Am-Be線源と黒鉛減速材を用いた減速中性子校正場新しく構築した。数値計算及び測定による中性子スペクトルの評価結果をもとに、校正場の基準量(平均エネルギー、線量当量率)を決定し、中性子サーベイメータ等の校正を対象として、校正場の利用を開始した。本発表では、本校正場の特性を紹介するとともに、個人線量計校正への適用性について検討した結果を報告する。

論文

Evaluation of the intake of radon through skin from thermal water

迫田 晃弘; 石森 有; Tschiersch, J.*

Journal of Radiation Research, 57(4), p.336 - 342, 2016/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:83.08(Biology)

通常、ラドンによる被ばく評価で最も重要なのは、吸入されたラドン子孫核種の気道沈着に起因する線量である。これに比べて、ラドン自身の吸入による線量は低く、また皮膚吸収の経路が考慮されることもほとんどない。しかし、ラドン温泉のような環境では、温泉中のラドン濃度は空気中のそれに比べて数桁ほど高いという特徴がある。本研究では、経皮吸収を考慮した体内動態モデルを作成し、入浴などによる組織中ラドン濃度の変化等を検討した。また、各種被ばく経路による線量比較も行った。

論文

Characteristics of radiation-resistant real-time neutron monitor for accelerator-based BNCT

中村 剛実; 坂佐井 馨; 中島 宏; 高宮 幸一*; 熊田 博明*

Journal of Radiation Protection and Research, 41(2), p.105 - 109, 2016/06

加速器BNCT実用化研究開発を、つくば国際戦略総合特区のプロジェクトの下で実施している。この中で、我々はリアルタイム中性子モニターの研究の1つとして、SOF検出器の開発を行っている。このSOF検出器はJRR-4の臨床研究にも適用し実績を有するが、照射量が多くなると光ファイバーの劣化・損傷により、感度が低下することが報告されている。このため、本開発ではプラスチック光ファイバーを耐放射性に優れている石英光ファイバーに仕様を変更する改良を行った。劣化・損傷に関するデータを取得するため、改良したSOF検出器に用いられている光ファイバー及びシンチレータに対して、専用の照射実験用検出器を製作し、京都大学原子炉実験所KURの傾斜照射孔にて照射を行った。一方、検出器の特性測定については、KURの重水設備照射場を用いて波高分布測定を行った。実験結果より、改良した石英光ファイバー型SOF検出器は、既存のプラスチック型SOF検出器と同等以上の性能を有していることを確認した。また、石英光ファイバーは設定した熱中性子フルエンスの目標値に対して劣化・損傷による感度の低下が少ないことを確認した。

論文

Difference in the action mechanism of radon inhalation and radon hot spring water drinking in suppression of hyperuricemia in mice

恵谷 玲央*; 片岡 隆浩*; 神崎 訓枝*; 迫田 晃弘; 田中 裕史; 石森 有; 光延 文裕*; 山岡 聖典*

Journal of Radiation Research, 57(3), p.250 - 257, 2016/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:49.9(Biology)

本研究では、ラドン療法の適応症である高尿酸血症について、吸入と飲泉による抑制効果を比較検討した。マウスにラドン吸入または飲泉させた後、オキソン酸カリウムを投与して高尿酸血症を誘導した。この結果、吸入と飲泉のいずれもキサンチンオキシダーゼ活性が抑制され、血清尿酸値の上昇も有意に抑えられた。また、ラドン吸入では肝臓と腎臓の抗酸化機能の亢進がみられた。高尿酸血症の抑制効果には、ラドン吸入では抗酸化機能の亢進が、飲泉では温泉水中の化学成分による薬理作用がそれぞれ寄与していることが示唆された。

論文

Low-dose radiation risk and individual variation in radiation sensitivity in Fukushima

福永 久典*; 横谷 明徳

Journal of Radiation Research, 57(1), p.98 - 100, 2016/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:7.81(Biology)

After the Fukushima Nuclear Power Plant accident in 2011 March, radiation doses have been measured for the residents by personal dosimeters and whole-body counters. In the current dose range, the potential radiation-induced risk could be small at the population level, however, should not be ignored. As suggested by NASA's reports on astronauts, the radiation sensitivity substantially varies depending on the individual genetic background. From the viewpoint of precision medicine, we note a possible issue: there might be the residents, including young children, with greater than average sensitivity because of their genetic background. Patients with DNA-damage-response defective disorders and the heterozygous carriers can be associated with the sensitivity as well as with cancer predisposition. We hereby propose that additional medical checkups for cancer, such as ultrasonography, gastrointestinal endoscopy, measurements of tumor markers in blood and urine, and genetic testing, should be combined in a balanced fashion to minimize their potential cancer risk in the future.

論文

Secondary structure alterations of histones H2A and H2B in X-irradiated human cancer cells; Altered histones persist in cells for at least 24 hours

泉 雄大; 山本 悟史*; 藤井 健太郎; 横谷 明徳

Radiation Research, 184(5), p.554 - 558, 2015/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:59.33(Biology)

We measured and compared the circular dichroism (CD) spectra and secondary structures of histone proteins H2A, H2B, and their variants extracted from X-irradiated and unirradiated human HeLa cells. Compared to unirradiated cells, a relative increase in $$alpha$$-helix structure and decrease in other secondary structures was observed in X-irradiated cells. These structural alterations persisted for at least 24 hours, which is substantially longer than the 2 hours generally known to be required for DNA double strand break repair.

論文

On the dynamical approach of quantitative radiation biology

大内 則幸

Evolution of Ionizing Radiation Research, p.41 - 62, 2015/09

コロニー形成法を用いた放射線生物学における定量的なアプローチと、線量-効果関係としての様々な細胞生存曲線について説明する。放射線照射に対する細胞の生存率曲線は、最も基本的な実験データとして利用されているにも関わらず、これまでは経験的な多項式でフィットするだけに留まり、生物メカニズムに基づいた導出例は存在しない。本論文では、たとえ生物種が異なっていたとしても、様々な条件下で生存率曲線が数学的にユニバーサリティを持つことに着目し、コロニー形成法による定量的なアプローチと、線量-効果関係としての様々な細胞生存曲線についての解析結果を示す。関数形がユニバーサリティを持つことは、生物種間を超えて、事象の数学的な普遍性が存在することを示している。また、染色体の構造変化が放射線損傷の修復確率に影響を与える事から、さらに細胞生存曲線の関数形にも影響を及ぼす可能性について述べる。

論文

A Laser-plasma-produced soft X-ray laser at 89 eV generates DNA double-strand breaks in human cancer cells

佐藤 克俊*; 錦野 将元; 河内 哲哉; 下川 卓志*; 今井 高志*; 手島 昭樹*; 西村 博明*; 神門 正城

Journal of Radiation Research, 56(4), p.633 - 638, 2015/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.34(Biology)

X線レーザーは、生物学,医学分野をはじめとする諸分野への応用研究が期待されているが、そのDNA損傷等の生物学的影響についての評価はまだ進んでいない。放射線生物学への応用研究の最初のステップとして軟X線レーザーマイクロビーム照射装置の開発を行った。軟X線レーザーによるDNA損傷生成についての研究を開始した。マイクロビーム照射装置については、軟X線集光素子を用いて培養細胞集団程度の大きさに集光を行い、マイクロメーターレベルの制御可能なステージを組み合わせてあり、大気中の培養細胞に照射可能である。本装置を用いて世界で初めて軟X線レーザーの照射によるがん細胞のDNA二本鎖切断の生成を確認した。

論文

Spectrum of radiation-induced clustered non-DSB damage; A Monte Carlo track structure modelling and calculations

渡辺 立子; Rahmanian, S.*; Nikjoo, H.*

Radiation Research, 183(5), p.525 - 540, 2015/05

 被引用回数:25 パーセンタイル:8.13(Biology)

電子線やイオン照射によりDNAに生成する塩基損傷のスペクトルの算出を目的として、モンテカルロトラック構造計算法を用いて、細胞模擬環境中で生じるDNA損傷シミュレーションを行った。鎖切断と塩基損傷からなるDNA損傷ペクトルを、100eV-100keVの電子線と軟X線、数種類のイオン(3.2MeV/u proton、0.74と2.4MeV/u $$^{4}$$He、29MeV/u $$^{14}$$N、950MeV/u $$^{56}$$Fe)照射の場合について計算した。計算により見積もられた塩基損傷の生成量は、LETによらずに、一本鎖切断と比べて2-4倍多くなった。また、損傷の空間分布の解析を行った結果、塩基損傷が、鎖切断から成る損傷サイトの複雑化に大きく寄与していることが明らかになった。これらのスペクトルデータは、塩基除去修復によるDNA損傷修復過程のモデル化と損傷修復効率の研究にとって有益なものである。

論文

Estimation of relative biological effectiveness for boron neutron capture therapy using the PHITS code coupled with a microdosimetric kinetic model

堀口 洋徳*; 佐藤 達彦; 熊田 博明*; 山本 哲哉*; 榮 武二*

Journal of Radiation Research, 56(2), p.382 - 390, 2015/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:52.31(Biology)

ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の治療計画のためには、ホウ素の中性子捕獲反応により生成する$$alpha$$粒子やLi原子核に対する細胞生存率の生物学的効果比(RBE)を評価する必要がある。しかし、BNCTによる線量は、$$alpha$$粒子やLi原子核のみならず、窒素の中性子捕獲反応により生成する0.54MeVの陽子、水素と中性子の弾性散乱で生成する連続エネルギースペクトルを持つ陽子、水素の中性子捕獲反応で生成する$$gamma$$線とその2次電子など、多様な放射線により構成される。そこで、これらすべての放射線照射に対する細胞生存率のRBEを統一のモデルで評価するため、PHITSとMKモデルを組合せた新たなBNCT用RBE評価モデルを構築した。構築したモデルは、試験管及び水ファントム内で照射したホウ素含有及び非含有細胞の生存率をよく再現可能であり、BNCTの生物学的線量評価の高度化に有用となることがわかった。

論文

Radial dependence of lineal energy distribution of 290-MeV/u carbon and 500-MeV/u iron ion beams using a wall-less tissue-equivalent proportional counter

津田 修一; 佐藤 達彦; 渡辺 立子; 高田 真志*

Journal of Radiation Research, 56(1), p.197 - 204, 2015/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:75.84(Biology)

重粒子線に対する生物学的効果を実験的に評価するうえで、重粒子線の飛跡及びその近傍における詳細なエネルギー付与分布データは重要となる。本研究では機構で開発し最新の生物学的線量評価モデルに組み込まれているエネルギー付与分布計算モデルの精度検証を行うために、放射線医学総合研究所HIMACにおいて、壁なし型組織等価比例計数管にペンシル状のビームを照射し、径方向の線エネルギー(y)分布データ及びyの線量平均値を得た。ペンシルビームによって生成される信号をビームモニタと比例計数管で同時計測することによって、構造材から発生する二次粒子及びノイズの影響を低減した条件で径方向のy分布データを取得した。yの線量平均値は、ブロードビーム照射と同様に20%以内で計算値と一致した。一方で、PHITSコードのエネルギー付与計算モデルが入射イオンと二次粒子の寄与を独立して表現することに起因して、数100keV/$$mu$$m以上の高LETイオン入射の場合、同モデルによる結果は実験で得られたy分布を過小評価することがわかった。

論文

Chemical repair activity of free radical scavenger edaravone; Reduction reactions with dGMP hydroxyl radical adducts and suppression of base lesions and AP sites on irradiated plasmid DNA

端 邦樹; 漆原 あゆみ*; 山下 真一*; Lin, M.*; 室屋 裕佐*; 鹿園 直哉; 横谷 明徳; Fu, H.*; 勝村 庸介*

Journal of Radiation Research, 56(1), p.59 - 66, 2015/01

AA2014-0383.pdf:0.93MB

 被引用回数:2 パーセンタイル:75.84(Biology)

Reactions of edaravone (3-methyl-1-phenyl-2-pyrazolin-5-one) toward deoxyguanosine monophosphate (dGMP) hydroxyl radical adducts were investigated by pulse radiolysis technique. Edaravone was found to reduce the dGMP hydroxyl radical adducts through electron transfer reactions. The rate constants of the reactions were higher than 4 $$times$$ 10$$^{8}$$ dm$$^{3}$$ mol$$^{-1}$$ s$$^{-1}$$ and similar to those of the reactions of ascorbic acid, which is a representative antioxidant. Yields of single-strand breaks, base lesions, and abasic sites produced in pUC18 plasmid DNA by $$gamma$$ ray irradiation in the presence of low concentrations of edaravone were also quantified, and the chemical repair activity of edaravone was estimated by a method recently developed by the authors. By comparing suppression efficiencies to the induction of each DNA lesion, it was found that base lesions and abasic sites were suppressed by the chemical repair activity of edaravone, although the suppression of single-strand breaks was not very effective. This phenomenon is attributed to the chemical repair activity of edaravone toward base lesions and abasic sites. However, the chemical repair activity of edaravone for base lesions was lower than that of ascorbic acid.

論文

Localization estimation of ionizing radiation-induced abasic sites in DNA in the solid state using fluorescence resonance energy transfer

赤松 憲; 鹿園 直哉; 齊藤 毅*

Radiation Research, 183(1), p.105 - 113, 2015/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:25.01(Biology)

DNAに生じた傷(DNA損傷)のほとんどは生物が有する損傷修復機構によって元通りに修復されるが、中には修復困難なタイプの傷があり、これが突然変異や発癌の原因になるといわれている。修復困難とされる損傷型のひとつに「クラスター損傷」(複数の損傷がDNA鎖上の狭い領域に集中的に生じている)がある。しかしながら、その化学構造・損傷局在性の程度・生成頻度等の実体はほとんど明らかになっていない。そこで我々は、クラスター損傷の実体、特に局在性を実験的に解明するために、蛍光共鳴エネルギー移動を利用した損傷位置局在性評価法(FRET法)の開発を行ってきた。検出対象の損傷には脱塩基部位(AP)を選び、FRET法を、種々の放射線($$^{60}$$Co $$gamma$$線,ヘリウム・炭素イオンビーム)を照射した乾燥DNA試料に適用したところ、特に飛跡末端の炭素イオンビームでは、飛跡中でクラスター化した損傷が生じることが明らかとなった。

論文

Nonhomologous end-joining repair plays a more important role than homologous recombination repair in defining radiosensitivity after exposure to high-LET radiation

高橋 昭久*; 久保 誠*; Ma, H.*; 中川 彰子*; 吉田 由香里*; 磯野 真由*; 金井 達明*; 大野 達也*; 古澤 佳也*; 舟山 知夫; et al.

Radiation Research, 182(3), p.338 - 344, 2014/09

 被引用回数:24 パーセンタイル:12.87(Biology)

DNA二本鎖切断(DSB)は相同組換え(HR)と非相同末端結合(NHEJ)により修復される。重粒子線治療における放射線増感剤の標的候補を明らかにすることを目的とした。がん抑制遺伝子p53欠損マウス胚線維芽細胞由来の野生型細胞, HR修復欠損細胞, NHEJ修復欠損細胞,二重修復欠損細胞を用いた。各細胞にX線,炭素線,鉄線,ネオン線,アルゴン線を照射し、コロニー形成法で生存率を調べた。10%生存率線量値(D10値)を用いて、増感比は(野生型細胞のD10値)/(修復欠損細胞のD10値)の式で算出した。D10値はいずれの線質においても、野生型細胞$$>$$HR修復欠損細胞$$>$$NHEJ修復欠損細胞$$>$$二重修復欠損細胞の順に低くなった。HR修復欠損による増感比はLET無関係に一定で約2であった。一方、NHEJ修復欠損の増感比はLETが高くなるに従い減少するものの、HR修復欠損よりも高い増感効果を示した。高LET放射線の高RBEの要因はNHEJ修復の抑制と誤修復であり、炭素線における増感剤の主要な標的候補はNHEJ修復であることが示唆された。

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