第五章 细胞存活曲线201XPPT课件

.基础放射医学系基础放射医学系,第五章细胞存活曲线,北京大学医学部放射医学系李载权,.基础放射医学系基础放射医学系,.基础放射医学系基础放射医学系,参考文献,EricJ.Hall,AmatoJ.Giaccia.Chapter3.CellSurvivalCurves;Chapter4.RadiosensitivityandCellAgeintheMitoticCycle;Chapter5.FractionatedRadiationandtheDose-RateEffect;Chapter6.OxygenEffectandReoxygenation;Chapter7.LinearEnergyTransferandRelativeBiologicEffectiveness.In:Radiobiologyfortheradiologist,6thed.Philadelphia,PA:LippincottWilliamsB,E.coli;C,E.coliB/r;D,yeast;E,phagestaphE;F,B.megatherium;G,potatovirus;H,Micrococcusradiodurans.,不同细胞的辐射敏感性有丝分裂细胞2G干细胞1G成熟功能细胞100G微球菌2000G肿瘤干细胞80G（细胞含大量的自由基清除剂等）肿瘤细胞50G,.基础放射医学系基础放射医学系,3、肿瘤细胞,肿瘤细胞的异化,.基础放射医学系基础放射医学系,细胞死亡丢失率（celllossfactor,LF，f）增殖期细胞增殖份数（growthfraction,GF）细胞标记指数（LI）与分裂指数（MI）肿瘤体积实际倍增时间(Td)肿瘤潜在增殖倍增时间(Tpot),肿瘤细胞有生有死？,.基础放射医学系基础放射医学系,.基础放射医学系基础放射医学系,SummaryofD0valuesforcellsofhumanorigingrownandirradiatedinvitro.Cellsfromhumantumorstendtohaveawiderangeofradiosensitivities,whichbracketstheradiosensitivityofnormalhumanfibroblasts.Ingeneral,squamouscellcarcinomacells（鳞状细胞癌）aremoreresistantthansarcomacells（肉瘤细胞）,butthespectraofradiosensitivitiesarebroadandoverlap.(CourtesyofDr.RalphWechselbaum.),鳞状细胞癌与肉瘤细胞,.基础放射医学系基础放射医学系,A:Compilationofsurvivalcurvesforasynchronousculturesofanumberofcelllinesofhumanandrodentorigin.Notethewiderangeofradiosensitivity(mostnotablythesizeoftheshoulder)betweenmouseEMT6cells,themostresistant,andtwoneuroblastomacelllinesofhumanorigin(themostsensitive).Thecellsurvivalcurveformitoticcellsisverysteep,andthereislittledifferenceinradiosensitivityforcelllinesthatareverydifferentinasynchronousculture.B：18hoursafterirradiationwith10Gy(1,000rad)andelectrophoresedfor90minutesat6V/cm.Notethebroadvariationintheamountofladderingwhichischaracteristicofanapoptoticdeath.Inthisformofdeath,double-strandbreaksoccurinthelinkerregionsbetweennucleosomes,producingDNAfragmentsthataremultiplesofabout185basepairs.Notethatcelllinesthatshowprominentladderingareradiosensitive.,凋亡的肿瘤细胞,.基础放射医学系基础放射医学系,细胞衰老或坏死而死亡的部分通过干细胞及时补充，这就是细胞增殖动力学,.基础放射医学系基础放射医学系,第五节,影响细胞存活曲线的其他因素,第五节曲线影响因素,.基础放射医学系基础放射医学系,影响细胞存活曲线的主要因素,辐射能量剂量的空间密度-LET.指标用RBE氧效应-氧含量.指标用OER化学分子-放射防护剂与辐射增敏剂.指标用DMF和SER剂量分割-小剂量多次照射.指标用Dc辐射剂量的时间密度-剂量率.指标用DDREF,.基础放射医学系基础放射医学系,1、LET对细胞存活曲线的影响,SparselyIonizing(10keV/mm)2.5MeVa-particles(166keV/mm)2-GeVFeions(1,000keV/mm),.基础放射医学系基础放射医学系,辐射能量剂量的空间密度-LET.指标用RBE,.基础放射医学系基础放射医学系,LET,lowLETtohighLET,.基础放射医学系基础放射医学系,LET,lowLETtohighLET,.基础放射医学系基础放射医学系,.基础放射医学系基础放射医学系,TheupperthreecurvesrepresentfluctuationsinthesurvivalofjejunalcryptcellsexposedtoX-raysorneutronsastheypassthroughthecellcycleaftersynchronizationwithhydroxyurea(H-U).Thedoseswere11Gy(1,100rad)ofX-rays;7Gy(700rad)ofneutronsgeneratedby50MeVd+Be;and6Gy(600rad)ofneutronsgeneratedby16MeVd+Be.Thelowercurverepresentstheuptakeoftritiatedthymidine(expressedascountsperminute)perwetweightofjejunumasafunctionoftimeafterthelastinjectionof(H-U).ThefirstwaveindicatescryptstemcellspassingthroughSphaseaftersynchronizationatG1-Sphaseby(H-U).(FromWithersHR,MasonK,ReidBO,etal.:Responseofmouseintestinetoneutronsandgammaraysinrelationtodosefractionationanddivisioncycle.Cancer34:39-47,1974,withpermission.),不同时相不同LET射线对细胞存活的影响,.基础放射医学系基础放射医学系,.基础放射医学系基础放射医学系,2、氧对细胞存活曲线的影响,有氧条件下不同辐射剂量对细胞存活分数的影响,OER是以一定水平细胞存活分数为基准，基础固定的含氧水平下所需剂量之间的比值,.基础放射医学系基础放射医学系,不同氧剂量水平对细胞OER的影响,.基础放射医学系基础放射医学系,.基础放射医学系基础放射医学系,有氧条件下不同LET射线对细胞存活分数的影响,.基础放射医学系基础放射医学系,高LET射线OER效应最低，或氧含量水平对高LET射线作用最低，即没有氧效应现象,.基础放射医学系基础放射医学系,LET,lowLETtohighLET,.基础放射医学系基础放射医学系,.基础放射医学系基础放射医学系,.基础放射医学系基础放射医学系,DMF=,Chemicalagentsthatreduceorenhancecellresponsetoradiationarecalledradio-protectorsorradio-sensitizers.TheexamplesofformersareWR-2721orMEA,whilethoseoflattersarehalogenatedpyrimidinesandhypoxiccellradiosensitizers.,Thedosemodifyingfactor(DMF)isdefinedasfollows:,Dosetoproduceaneffectwithradiioprotector,Dosetoproducethesameeffectwithoutradiioprotector,3、化学分子,.基础放射医学系基础放射医学系,放射防护剂,.基础放射医学系基础放射医学系,EffectofAddingaPhosphate-CoveringFunctionontheFreeSulfhydrylofMercaptoethylamine(MEA),放射防护剂氨磷汀（amifostine,WR2721）,.基础放射医学系基础放射医学系,.基础放射医学系基础放射医学系,Amifostine（氨磷汀）有可能减少辐射对正常组织的损伤,.基础放射医学系基础放射医学系,放射增敏剂,.基础放射医学系基础放射医学系,.基础放射医学系基础放射医学系,.基础放射医学系基础放射医学系,.基础放射医学系基础放射医学系,4、剂量分割,剂量分割式照射中与一次性照射相比，二次打击的有效剂量-存活曲线(theeffectivedose-survivalcurve)细胞存活率更多；细胞存活率随辐射打击二次之间的时间延长而增加；2小时之后细胞存活率将不再增加。,分割时间长短对存活分数的影响,.基础放射医学系基础放射医学系,剂量分割式照射中有效剂量-存活曲线(theeffectivedose-survivalcurve)细胞存活率除与间隔时间有关外，还与重复打击的次数（n）有关。,分割时间足够情况下，不同分割次数对细胞存活分数的影响,.基础放射医学系基础放射医学系,Theconceptofaneffectivesurvivalcurveforamultifractionregimenisillustrated.Iftheradiationdoseisdeliveredinaseriesofequalfractionsseparatedbytimeintervalssufficientlylongfortherepairofsublethaldamagetobecompletebetweenfractions,theshoulderofthesurvivalcurveisrepeatedmanytimes.Theeffectivedose-survivalcurveisanexponentialfunctionofdose,thatis,astraightlinefromtheoriginthroughapointonthesingle-dosesurvivalcurvecorrespondingtothedailydosefraction(e.g.,2Gy,or200rad).Thedoseresultinginonedecadeofcellkilling(D10)isrelatedtotheD0bytheexpressionD10=2.3D0.,.基础放射医学系基础放射医学系,剂量分割式照射中有效剂量-存活曲线(theeffectivedose-survivalcurve)的细胞存活率还与LET有关，但是只有低LET射线才有更强的存活效率。,高LET射线的分割对细胞存活影响最小,.基础放射医学系基础放射医学系,辐射剂量率(doserate,DR)系指单位时间内照射剂量，剂量率单位伦琴/秒或拉德/分钟，实际上低剂量率LDR时具有较高的分割次数。,5、剂量率的影响,按辐射剂量率分类,.基础放射医学系基础放射医学系,条件：总剂量一样、不同分割照射之间有足够间隔时间，分割剂量越低，结果分割次数越多，即相当于LDR射线。,.基础放射医学系基础放射医学系,辐射剂量率与细胞存活率之间的关系,.基础放射医学系基础放射医学系,相对高剂量率(HDR)射线而言，低剂量率(LDR)射线由于射线粒子照射打击时间间隔大，因此为LDR电离射线所损伤的细胞提供了更多修复机会，结果使得细胞更容易存活。,辐射剂量率定律原理,剂量率(DR)是影响细胞存活效率的时间密度性物理参数。一般而言，同种射线和同样剂量条件下，细胞对高剂量率(highdoserate,HDR)的射线比低剂量率(lowdoserate,LDR)的射线更加敏感，这被称为剂量率定律。,.基础放射医学系基础放射医学系,.基础放射医学系基础放射医学系,当物理学吸收总剂量一样时，分割剂量越低，分割的次数就会越多。结果HDR和LDR不同射线之间，实际产生的有效作用剂量是不同的，一般而言HDR射线生物效应比LDR射线要高很多。,.基础放射医学系基础放射医学系,但是，当剂量率足够低时如极低DR（ULDR）射线照射细胞时，