分次放射治疗的生物学基础PPT参考幻灯片

分次放疗的生物学基础第一课,中南大学湘雅医院肿瘤科周卫兵,1,问题,分次方案选用的理由？放射生物学=药理学是否有更合理的分次方案？肿瘤特征生物分子指标周边危及器官患者合并疾病和一般状况治疗目的射线，设备，技术综合方案怎样提高放疗疗效？,2,其他,放疗中断或更改分次方案的依据不同放疗手段的相加性？再程放疗剂量的给予IMRT、IGRT、SRS等剂量的特殊性，与常规剂量分割模式的矛盾研究分次效应的艰巨性和重要性,3,第一课大纲,（一）放射生物学基本概念细胞死亡细胞存活曲线LETRBEOERLQ模型/Tpot（二）放射生物学中的4Rs及临床应用价值Repair再修复Redistribution细胞周期再分布Reoxygenation乏氧细胞的再氧合Repopulation再群体化,4,第二课大纲,（一）常规分割放疗定义优缺点注意事项提高放射治疗疗效的途径：（二）非常规分割放疗超分割定义临床应用加速分割定义临床应用（三）未来研究方向IMRT面临的问题靶向治疗保护剂增敏剂（同步化疗）,5,放射生物基本概念,GycGyRADREMSvLETOERBEDEUDNTCPTCP,6,放射生物基本概念,7,放射生物基本概念,rad-basicunitformeasuringradiation(100rads=1Gray)rem-quantifiestheamountofdamagethatissuspectedfromaparticulartypeofradiationdose(100Rem=1Sievert),8,SubstanceHalfLifeEmitUseAmericium241458yearsa,gSmokeDetectorsCobalt605.3yearsb,gMedicalTherapyPlutonium23887yearsaThermoelectricgen.Plutonium23924,400yrsaReactorsandWeaponsRadium2261,620yrsaMedicalTherapyUranium(natural)millionsyrsa,b,gReactorsandWeaponsIridium19274daysb,gIndustrialRadiography,放射生物基本概念,9,射线作用原理,作用的靶：DNA,双链断裂（DSB）有1520核苷酸大小，可造成：微核染色体畸形失去持续增殖能力死亡,10,射线作用原理物理化学反应影响因素,细胞内环境：自由基水85.OH（生物分子损伤的65）O2：参与形成自由基；固定自由基损伤；限制化学修复。电子亲和物巯氢基分子：作用相反射线的质，剂量和剂量率,11,射线作用原理物理化学反应影响因素,细胞的敏感性生化结构和基因构成特定分子线粒体细胞膜脂质生长因子受体信号传导通路（外部内部）（乏氧，细胞因子细胞连接，细胞外基质），导致：细胞死亡或存活细胞周期阻滞或前进DNA损伤修复或不稳定（细胞感知放射损伤的方式再决定细胞最终反应中起重要作用）,12,直接vs间接作用,间接作用:电子作用于水，形成.OH自由基(2/3x-线生物损伤).能被增敏剂和防护剂修饰直接:电子直接作用于靶分子(高LET).不能被增敏剂和防护剂修饰,13,射线作用原理,射线作用的交叉性与肿瘤起源与应激乏氧炎症化疗热疗氧化射线作用的特殊性：往往致死性；DNA-DSB,14,15,16,DSB,双链断裂是电离辐射在染色体上所致的最关键损伤.单击损伤,17,DNAMutation,Cellsurvivesbutmutated,Cancer?,Celldeath,Mutationrepaired,UnviableCell,ViableCell,18,基本放射生物损伤,CelldeathordysfunctionNeoplasticdiseaseImmunerelatedGeneticdefectsSystemicdiseaseReproductive,O2H20Freeradicalsformed(OH-,H2O2,HO2),FreeRadicalsAttackmacro-molecules,Thehigherthedose,themoreseveretheearlyeffectsandthegreaterthepossibilityofdelayedeffects,19,物理阶段,单次4Gy的X线人全身照射=致死(多数情况下)=70Kg的正常人,能量吸收67卡(cal)=热量温度升高0.002=喝一口热咖啡=一个人从地面举起16英寸,20,物理阶段,X射线的作用不在于所吸收的总能量的大小,而在于单个能量包的大小(packetsofenerge)-LET-化学键生物学事件,21,放射敏感性,内在敏感性：分子细胞因素组织相关特性临床特征其他有再增殖能力的细胞数目功能亚单位的再增殖的潜力,22,凋亡细胞依赖性淋巴细胞肿瘤细胞-丧失再增殖完整性=细胞死亡?放射可治愈性=肿瘤不能增殖克隆源细胞的存活比例SF,23,放射敏感性,组织的反应细胞的放射反应局部控制之一要求：杀灭所有肿瘤干细胞局部控制的其他要求：血管损伤（联合生物化学治疗）放疗修饰剂（肿瘤与宿主的关系，如细胞浸润，促进或抑制肿瘤生长）旁观细胞：信号修复细胞因子，生物分子，引起正常组织的重塑,24,组织反应,细胞内的信号网络：物理剂量生物剂量共性可预测的方式个体间相似细胞周期（周转）增殖储备正常组织的变化小：时间程度肿瘤的差异大：一些可治愈一些不可治愈,25,细胞的死亡是放射线对细胞的遗传物质和DNA造成不可修复的损伤所致,26,正常组织的放射反应,死亡类型分裂性死亡（增殖性死亡,mitoticdeath）：2Gy照射，细胞23次分裂后一部分死亡一部分进入增殖池，导致复发间期死亡(interphasedeath)：照射后26小时放射敏感细胞，具有凋亡前趋势（淋巴细胞；GBM）快速凋亡,27,分裂性死亡,机制M期纺锤体形成失败G2检查点丢失，导致分裂大灾难，或者不正常的染色体隔离（损伤和丢失了基因）染色体畸变结果凋亡坏死其他特征：延迟，分裂性死亡放射敏感,28,损伤的结局,凋亡：I型程序性死亡，不完全依赖P53坏死：病理过程，炎症反应自我吞噬：II型程序性死亡分化，衰老，静止：保留部分功能,29,存活与细胞微环境,生长因子，细胞接触，细胞外基质放射抵抗：生长因子激活的淋巴细胞促有丝分裂原纤维母细胞生长因子提高内皮细胞的放射抵抗性放疗增敏：靶向药物存活与细胞微环境PLDR：接触抑制TNF,30,凋亡与反应,凋亡前细胞过多（超过需要）时，放疗引起的快速凋亡，将对个体影响很小。如WP53和P53裸鼠的肠道照射研究,31,正常组织反应,一种组织可含有多种细胞类型，可表现急性和晚期反应。而且急性与晚期反应有一定相关，如纤维化或坏死与湿性脱皮和急性溃疡，溃疡与狭窄等。,32,正常组织反应,发生在标准放疗（68周）内。干细胞。可矫正。亚急性反应：放疗后几个月如：Lhermittessyndrome,嗜睡，亚急性肺炎。可逆晚期反应：受多种因素影响（手术，化疗，外伤，感染）。难逆转，不可矫正。反应程度与疗效不一定相关急性反应不一定与晚期反应相关（同步化疗可利用）,33,正常组织反应的决定因素,FSU:功能亚单位的排列方式，串联或并联；FSU损伤的数目；FSU储备的数目。微血管损伤支持组织的损伤（基质或间质细胞）细胞增殖动力学和总剂量,34,损伤的耐受,严重受损：发生率5%重度损伤：发生率1025%损伤对患者的威胁？急性反应：头3个月晚期反应：放疗后3个月,35,并发症,急性组织反应晚期组织反应,36,急性反应,发生的时间依赖于细胞周期时间粘膜反应放疗第2周皮肤反应放疗第5周放疗结束后数周消退RTOG急性反应vastmajoritydie,53,FactorsAffectingTumorGrowth,肿瘤氧合低氧合=低增殖低氧合=细胞死亡增加随着肿瘤体积增大，肿瘤氧合下降慢性和暂时的乏氧都会产生效应.,54,放射生物,（一）细胞存活曲线细胞存活和敏感性,55,间接反应链,电离，激发:H2OH2O+e-H2O+isanIonRadical自由基形成:H2O+H+OH,56,存活的定义,非增殖，分化好的细胞:丧失特殊功能例如：神经和肌肉细胞增殖细胞:丧失完整的增殖能力(增殖性死亡)存活,必须能增殖(克隆).(相对于整个器官)损伤的细胞可能分裂几次,但最终死亡-因为不能存活,57,细胞存活的检测平板培养,58,体外的存活曲线,59,60,人类细胞的存活曲线,61,细胞存活曲线的描述,细胞存活分数(对数坐标)vs剂量高密度电离辐射(-粒子,中字)起始就一直为线性;1个参数:（斜度Do)稀疏密度电离辐射:(x和电子线)初始斜度D1终末斜度D2中间的肩区,norDq描述资料采用线性二次方程拟合:S=exp(-D-D2)在几十Gy的剂量范围内拟合很好提示有两种杀灭方式:toD,toD2,62,Meaningofand,63,Linear-QuadraticModel,CellSurvival(1fraction):,单击损伤不可修复无分隔效应,亚损伤相互作用部分损伤修复有分隔效应,64,Surviving1:单击单靶模型(A),单击多靶模型(B),65,指数“单击”曲线细胞（或生物大分子）的存活分数为辐射剂量的简单函数。见于病毒或酶的灭活，以及少数哺乳动物细胞的杀灭。属于单击单靶模型。D37的倒数即为存活曲线斜率。D37：引起细胞（或酶分子）63死亡（或失活）的照射剂量。,66,多靶“单击”模型假设在细胞死亡前有两个或多个靶受到一次击中。剂量存活曲线的直线部分斜率的倒数为D0-平均致死剂量。曲线初始斜率不等于0，即在很低剂量时仍有一些细胞死亡。这个模型对许多哺乳动物细胞都适用。,67,Surviving2:Two-componentmodel(A),LQ-model(B),68,Effectoffractionation:LQmodelused,69,D0值：细胞的平均致死剂量（meanlethaldose）剂量存活曲线的直线部分斜率的倒数D0愈小，斜率愈大D0值大小代表细胞放射敏感性的高低从存活曲线对数坐标0.1和0.037各作一条与横坐标相平行的线与曲线相交，从这两个交点分别作垂直线与剂量轴相交。相交点剂量之差即为D0值，多在12Gy,细胞存活曲线的参数,70,Dq值准阈剂量（quasithreshoulddose）细胞积累亚致死性损伤的能力，与损伤修复有关。克服肩区所需的剂量由纵坐标1.0处作一条与横坐标的平行线，与外推线的交点在横坐标上投影点的数值即为Dq多在0.52.5Gy,71,n值代表细胞内靶的个数或所需击中靶的次数将直线部分外推与纵坐标相交点的数值即为外推n值（extrapolationnumber)多为13,72,D37值引起细胞（或酶分子）63死亡的照射剂量D37D0+Dq单靶单击时，剂量存活曲线无肩区，Dq为0，此时D37就等于D0,73,Classicaldescriptionofsurvivalcurve,Lowdoses:“shoulder”region,wheresurvivalfallsslowlywithdoseHigherdoses:regionwheresurvivalcurvebendsandsurvivalshowsgreaterchangewithincreasingdoseHighdoses:regionwheresurvivalfallsrapidlywithdose,74,Mostmodelsusedtofitsurvivalcurvesarebasedoncurveswiththisgeneralshape.,CurvesbasedonTargetTheorySingletarget-singlehitMulti-targetsinglehitCompositecurves(erroneouslycalledmultitargetinsomeeditionsofHallsbook)Curvesbasedonlinear-quadraticmodel,75,Bothtypesofmodelsareclearlyover-simplificationsofthetruedose-responsecurvesforrealcellpopulations,Thisisbecomingincreasinglyevidentasmoreprecisemeasurementsofcellsurvivalcurvesaremadeusingmicrobeamirradiatorsthatcanirradiateindividualcellswithpreciselyknownnumbersofphotonsorparticles.,76,Whencellsareirradiatedwithverylowdosesofradiation,theinitialshapeofthesurvivalcurveisfoundtobecomplex,witharegionofhypersensitivityatverylowdoses,77,Thereisincreasingevidenceforhypersensitivityandotheranomalouseffectsatverylowradiationdoses,“Lowdosehypersensitivity”Hypersensitivityatverylowsingledoses“Adaptiveresponse”SeeninfractionatedandprotractedtreatmentsLowinitialdoseofradiationinducesresistancetosubsequentirradiation“Bystandereffects”UnirradiatedcellsareaffectedbyirradiationofneighboringcellsContacteffectsrequiringintimatecell-cellcontactEffectsfromdiffusiblefactorsCanaffectsurvival,mutation,transformation,etc.Varywithcelltype,doseandotherfactors,78,Reminder:Allcurvesareplottedonsemi-logplots,79,Targettheory:singletarget,singlehitsurvivalcurve,AssumptionsCellcontainsasingletargetIfthistargetishitwithatleastonephoton(orparticle)thecelldiesIfthistargetisnothit,thecelllivesProbabilityofcellsurviving=probabilitythatcellisnothitNoshouldersurvivaldecreasesexponentiallywithdoseD0=doserequiredtoproduceanaverageof1hitpertarget(andpercell)=1/e=measureofsensitivityoftarget(cell)Eachincrementofdoseisequallyeffective,80,Multi-target-singlehitsurvivalcurve,AllcellsareidenticalEachcellcontainsseveraltargetsn=numberoftargetsIfallntargetsarehit,thecelldiesIfoneormoretargetsremainunhit,thecellsurvivesThesurvivalcurvebeginswithinitialslopeofzero(flat)becausetheprobabilitythatalltargetsarehitiszeroatverylowdosesThenitcurvesThenitbecomesexponentialathighdoses,becauseonlyoneunhittargetremainsineachcell.,81,Parametersusedtodescribethesecurves,D0=doseneededtoreducesurvivalby1/eonlinearportionofsurvivalcurve(i.e.whenonlyonetargetremains)=meandoseneededtohitandinactivateonetarget=measureofsensitivityoftargetn=extrapolationnumber=numberoftargets=measureofwidthofshoulderDq=quasi-thresholddose=measureofwidthofshoulderLn(n)=Dq/D0D10=dosetoreducesurvivalby1/10=2.3D0(usedincalculationsoftumorcellsurvivalinHallandGiacciasbook),82,EffectofchangingDoandn,83,Implications,Cellscanaccumulatesublethaldamage(SLD)SLDisnotlethalSLDlesioncancombinewithotherSLDlesiontoproducelethaldamageIfthisdamagecanberepairedafterirradiation,thenfractionatingtheirradiationresultsinlesscellkillingIfthisdamagecanberepairedduringirradiation,protractingtheirradiationresultsinlesscellkillingSmalldoses(ontheshoulder)havelesseffectperGythanlargerdoses,84,Effectoffractionation(solidlines)orprotraction(dottedline)ofradiation,85,Effectofshoulderwidth(n)onfractionation,86,Compositesurvivalcurve:,Single-target,single-hitsurvivalcurve(D1)+multitargetsinglehitsurvivalcurve(D0)Initialslope=1/D1Finalslope=1/D0UsedtogetafiniteinitialslopeforthesurvivalcurveNotwidelyusedinmodelingdifficulttohandleandnotespeciallyusefulinanypracticalcontext,87,Linearquadraticsurvivalcurve,Initialcomponentforwhichsurvivalfallsexponentiallywithdose(linearcomponent)Latercomponentforwhichsurvivalfallswithsquareofdose(quadraticcomponent)Severaldifferenttheoreticalbasishavebeenusedtojustifythesecurves:shapesofdoseresponsecurvesforinductionofchromosomedamagemodelsconsideringnonrepairableandrepairabledamagemodelsconsidering“onehit”and“twohit”damage,88,Linearquadraticsurvivalcurve:implications,Anydoseofradiation,nomatterhowsmall,hasafinitechanceofkillingacellTheeffectofradiationincreasescontinuallywithincreasingdoseathighdoses(thisisnotinagreementwiththeradiobiologicaldata)Protraction,fractionationincreasesurvivalonlyifthedoseishighenoughthatyouareonthecurvingpartofthesurvivalcurveEffectoffractionationvarieswith/ratio),89,/ratio,AtD=/,damagefromlinearkilling=damagefromquadratickillingI.e.Equalamountsofonehit/twohitdamageornon-repairable/repairabledamage(dependingonunderlyingbiologicalmodelassumed)Ratiodefines“curviness”ofsurvivalcurveRatiohasbeenusedtopredict/compareeffectsofdifferentfractionatedregimens,90,Survivalcurveswithdifferent/ratios,Large/ratioEarlyrespondingtissuesMarkedinitialslopeBendsathigherdosesFlattersurvivalcurveoverrangeofclinicalfractionsMulti-hit(orrepairable)damagebecomesimportantonlyathigherdosesLesseffectoffractionationorprotractionLesseffectoffractionsizeCancalculate/ratiowithoutdeterminingthecellsurvivalcurveandwithoutidentifyingthecriticalcellpopulation,91,Calculating/ratiosfromfractionationisoeffectdata:plot=totaldosesneededtogiveequalearlyskinreactionsinmiceintercept/slope=/(seeHallandGiacciap322-323forderivation),92,FractionationisoeffectdataforsomemousetissuesfromWithers,etal.Mostdataareforfunctionalendpoints,notcellsurvival.Lateresponses=solidlines;earlyresponses=dashedlines,93,Calculated/ratiosforsometissues,94,细胞存活曲线:小结,Culturedcellswhichretainreproductiveintegritygrowseparatecoloniesataratedependingonplatingefficiency.Fractionofseededcellsthatsurvive(irradiation)andgrowintocoloniesareplottedonalogscalevsradiationdose.PlotforhighLETradisstraightline-exponentialresponseForx-rays,curvehasinitialslope,followedbyashoulderofvaryingwidth,thenfinalslope.Reasonablyestimatedbylinear-quadraticrelationship:S=exp(-D-D2)Goodevidencethatnucleus(i.e.,DNA)isprimarytarget,duetoinducedchromosomalaberrations.,95,细胞周期,96,细胞周期,Cellcyclephases:Mitosis:1hourSynthesis:6-15hoursG2:3-4hoursG1:VeryvariableRadiationSensitivityversuscyclephase:StudiedbyproducingsynchronouslydividingcellsculturesHydrodyurea:imposesblockafterG1,97,细胞周期与细胞死亡,Mostradiosensitivephases:M,G2,Mostradioresistantphase:S,Checkpoints:G1/S,intra-S,G2/M,DNAdamage:cellcyclearrestrepairorlossoffunction(diff.cells),lossofreproductiveintegrity(stemcells).,98,细胞存活vs细胞周期,99,细胞存活vs细胞周期,100,细胞周期放射敏感性-小结,Cellcyclephases:mitosis(M),G1,DNAsynthesis(S),G2Cycletimevarieswidely,almostentirelyduetovaryingG1MaybestudiedusingtechniquesofcellcyclesynchronizationIngeneral,cellsaremostsensitiveinMandG2HighestresistanceinlateS-partlysincegenomeisdoubledForlongcyclecells,a2ndresistancepeakoccursinlateG1Resistancepatternandsensitivitycorrelateswithlevelsofsulfhydrylcompounds(naturalradioprotectors)incell.,101,分次照射效应,102,分次照射,损伤修复和剂量率效应,103,照射剂量和细胞修复,PLDR：Survivalofdensity-inhibitedstationaryphasecellssub-culturedimmediatelyafterirradiationorafterdelay(6or12hrs).Stationaryphasetimeinhibitsgrowth,thusallowingtimefordamagerepairbeforeattemptingcomplexmitosisprocess,104,分次照射:存活vs分次间隔时间,Hamstercellsurvivalincreasesfour-foldifheldatroomtempbetweendosesfor1(topreventmovementthroughcellcycle).,105,分次,修复和再分布,Sincemostcellssurviving1stdosefractionareinresistantcellphases,asensitiveperiodforthe2nddoseoccursascellsmoveintoG2-Mphase.,106,剂量率效应,Idealizedfractionationexperiment:A:survivalcurveforsingleacuteexposure.F:dosegiveninseveralsmallfractionswithsufficientinrtervalforsub-lethalrepair.Withseveralsmallfractions,Fapproximatesacurveforcontinuous,lowdoserateexposure,107,剂量率效应的各种因素因素,108,放射损伤&剂量率效应,Typesofdamage:Lethalsub-lethal:normallyrepairablewithinhourifnofurtherdamagePotentiallylethal:canbemodifiedbypost-radiationconditions(ifconditionssuboptimalforgrowth,inhibitingmitosis)Repairisstudiedviasplit-doseexperimentswithvaryingintervalSplitdoseeffectsformammalcellsfollowcyclerelatedtocellcycleand4Rs:repair,reassortment,repopulation,reoxygenationSub-lethalrepairandsurvivalcurveshoulderwidthcorrelatedHighLETradiation:exhibitsnoapparentrepairofdamageAsdoseratelowers(,OERremainsunchangedforALLdoselevelsinagivenphaseofcellcycle.,124,氧效应-小结,PresenceofOxygendramaticallyinfluencesbiologicaleffectOER(doseratiowith/withoutoxygenforsameeffect)forx-rays2at50Radandincreasesto3at200RadOERdecreaseswithincreasingLET,reaching1forhighLETOxygenmustbepresentduringexposureforaneffectOxygen“fixes”(makespermanent)otherwisereparableindirectactiondamage(noOxygeneffectfordirectactiondamage).Smallquantities(0.5%)sufficientforsensitivitymidwaybetweenhypoxiaandfulloxygenation)Reoxygenation:cellshypoxicduringirradiationbecomeoxygenatedafterwards.Amountandspeedofreoxygenationvarieswidelyfordifferenttumors,125,相对生物效应RetaliveBiologicalEffection(RBE),126,RBERelativeBiologicalEffectiveness,standardradiation:250kVX-ray(60Co-rayrecommended)Dependson:typeofradiation,tissue,endpoint,dose,doserate,fractionation(:LET),127,线性能量传递LinearEnergyTranferase(LET),128,LETLinearEnergyTransfer,LET:keV/m,X-ray,-photons:lowLET(sparselyionisingradiation,1-5,Neutrons,MVX-raysandprotons100MV,Cions,140,RBEasafunctionofLET,RBEmaxatLET100-200keV/m,141,RBE,LETandOER,142,LET,OER&RBE(EBRenFrance),Tubiana,DutreixetWambersie,Hermanned,1986,143,TCPNTCP,144,TherapeuticRatio,145,Optimalradiotherapy,TheproblemistomaximizeTCPwhilekeepingNTCPatacceptablelevelQuantitativelythisisdescribedbytheprobabilityofuncomplicatedcurePUC=TCP(1-NTCP)PUCmaxisonesolutionoftheradiotherapyoptimizationproblem(ClinicallyofteninthissolutiontheNTCPvaluesaretoohighandlowerdosesareused),146,Dose(andtumorcontrol)arelimitedduetotoleranceoforgansatriskVolumeeffect:increaseoftoleranceifsmallervolumeirradiated,Betterconformationofdoseenablesapplicationofhigherdoses&highertumorcontrolwithoutincreasingnormaltissuecomplicationrate,TheRationaleforConformalRadiationTherapy,147,放射生物学中的4Rs及临床应用价值,RepairRedistributionReoxygenationRepopulationRadiosensitivity？,148,4RsofRadiobiology,1)Repair2)Repopulation,Fischer-Moulderdata:7thfraction.regime:3fr/4daysinversefractionationbehaviour,（1）Repair,SLDR为主：与射线的质，细胞非氧合状态，细胞所处的增殖周期等有关。（肿瘤G2阻滞明显，乏氧）完全修复，间隔大于6小时正常组织常比肿瘤早快完整，而且肿瘤损伤大利用差别，分次放疗达到杀灭肿瘤保护正常组织,150,亚致死损伤的修复,是影响分次反应最普遍的生物现象.不同组织的亚致死损伤修复能力各异.分次剂量对晚反应组织的保护比早反应组织为大.,151,细胞放射损伤的类型亚致死损伤(sublethaldamage)，潜在致死损伤(potentiallethaldamage)致死损伤(lethaldamage)。,细胞放射损伤的修复(Repairofradiationdamage),152,亚致死损伤是指受照射以后，细胞的部分靶而不是所有靶内所累积的电离事件，通常指DNA的单链断裂。亚致死损伤是一种可修复的放射损伤，对细胞死亡影响不大,但亚致死损伤的修复会增加细胞存活率。,细胞放射损伤的修复(Repairofradiationdamage),153,潜在致死损伤正常状态下应当在照射后死亡的细胞，若在照射后置于适当条件下由于损伤的修复又可存活的现象。但若得不到适宜的环境和条件则将转化为不可逆的损伤使细胞最终丧失分裂能力。,细胞放射损伤的修复(Repairofradiationdamage),154,致死损伤受照射后细胞完全丧失了分裂繁殖能力，是一种不可修复的，不可逆和不能弥补的损伤。,细胞放射损伤的修复(Repairofradiationdamage),155,细胞放射损伤的修复,细胞放射损伤的修复1）亚致死损伤的修复是一专业术语，指假如将某一即定单次照射剂量分成间隔一定时间的两次时所观察到的存活细胞增加的现象。1959年Elkind发现，当细胞受照射产生亚致死损伤而保持修复能力时，细胞能在3小时内完成这种修复，将其称之为亚致死损伤修复。,156,中国仓鼠细胞受2分次X射线照射后的细胞存活,157,细胞放射损伤的修复,影响亚致死损伤的修复的因素放射线的性质低LET射线照射后细胞有亚致死损伤和亚致死损伤的修复，高LET射线照射后细胞没有亚致死损伤因此也没有亚致死损伤的修复。细胞的氧合状态处于慢性乏氧环境的细胞比氧合状态好的细胞对亚致死损伤的修复能力差。细胞群的增殖状态未增殖的细胞几乎没有亚致死损伤的修复等。,158,细胞放射损伤的修复,临床意义细胞亚致死损伤的修复速率一般为30分钟到数小时。常用亚致死损伤半修复时间（T1/2）来表示不同组织亚致死损伤的修复特性（小肠T1/2为0.5小时，脊髓1.5小时或更长，啮齿动物皮肤湿性脱皮的T1/2为1.3小时是早反应组织中最长的）。从临床资料来看，Oliver和Hall提出的半修复时间T1/2=1.5小时已被用于低剂量率照射的生物等效换算。在临床非常规分割照射过程中，两次照射之间间隔时间应大于6小时，以利于亚致死损伤完全修复。,159,细胞放射损伤的修复,2）潜在致死损伤的修复指照射以后改变细胞的环境条件，因潜在致死损伤的修复或表达而影响即定剂量照射后细胞存活比例的现象。Little及其同事用密度抑制的平台期细胞培养研究潜在致死损伤，如果照射后在进行克隆形成分析实验前把细胞保持在密度抑制状态6-12小时细胞存活率同步增加。当存在潜在致死损伤修复时，潜在致死损伤与放射治疗的关系变得更加明显。,160,密度抑制的平台期细胞的X射线细胞存活曲线,161,细胞放射损伤的修复,影响潜在致死损伤修复的因素放射线的质，高LET射线照射没有潜在致死损伤的修复。细胞所处的周期时相，如果照射后6小时或更长时间细胞没有分裂则会发生潜在致死损伤的修复，这种修复现象在离体实验可用照射后6小时的平台期来证实。潜在致死损伤修复对临床放射治疗是重要的，研究提示，某些放射耐受的肿瘤可能与它们的潜在致死损伤修复能力有关。返回4R,162,（2）regeneration,总疗程对分次放疗的影响：主要来自于于正常组织和肿瘤regeneration开始的时间和动力学。,163,再群体化（Repopulation，Regeneration）,基本概念损伤之后，组织的干细胞在机体调节机制的作用下，增殖、分化、恢复组织原来形态的过程称做再群体化。再群体化效应可以被增殖层次细胞的缺失或非增殖性功能细胞层的缺失所启动。,164,加速再群体化。大鼠横纹肌肉瘤的生长曲线，A.曲线1是未照射的对照组的生长曲线；曲线2是照射后即刻的肿瘤生长曲线；B.照射以后不同时间克隆源细胞的比例变化。,单次20GyX射线照射后大鼠移植瘤肿瘤消退和再生长的总生长曲线。值得重视的是，在这段时间里肿瘤还在明显皱缩和消退着，而存活克隆源细胞的分裂数目比以前更多更快。,165,再群体化（Repopulation，Regeneration）,加速再群体化照射或使用细胞毒性药物以后，可启动肿瘤内存活的克隆源细胞，使之比照射或用药以前分裂得更快，这称之为加速再群体化（acceleratedrepopulation）。Withers及其同事总结了头颈部肿瘤的文献，分析了达到50%控制剂量(TCD50)与分次治疗总时间的关系，结果提示:人肿瘤干细胞的再群体化在开始治疗后的28天左右开始加速。因此每天增加0.6Gy是需要的，以补偿加速再群体化所损失的效益。,166,头颈部鳞癌总治疗时间和TCD50剂量的关系,167,再群体化（Repopulation，Regeneration）,临床意义：受照射组织的再群体化反应的启动时间在不同组织之间有所不同。放射治疗期间存活的克隆源性细胞（ClonogenicCell）的再群体化是造成早反应组织、晚反应组织及肿瘤之间效应差别的重要因素之一。在常规分割放疗期间，大部分早反应组织有一定程度的快速再群体化。而晚反应组织一般认为疗程中不发生再群体化。如果疗程太长，疗程后期的分次剂量效应将由于肿瘤内存活干细胞已被启动进入快速再群体化而受到损害。返回,168,regeneration,肿瘤每延长一天，需增加0.6Gy，粘膜为1Gy。肿瘤克隆干细胞倍增时间：3.55天再肿瘤退缩时，干细胞已经开始在增殖，粘膜为1012天；4W开始AF，利于保护粘膜。加速再增殖的四个例证：肿瘤复发的时间：10000个细胞Tv=23周分段放疗：LCR下降延长治疗：每天LCR下降12%（HNSCC）AF：非随机试验：炎性乳癌，黑色素瘤脑转移，HN。随机试验：HNAF无效：前列腺癌，Burkittslymphoma23周期诱导化疗无效，引起加速再增殖。,169,Regeneration应用,考虑再群体化：头劲颈部肿瘤、膀胱癌、皮肤癌、炎性乳癌、黑色素瘤。不必要的延长治疗时间没有好处。1.8Gy?2Gy?间断时间尽量短，放弃分段治疗措施：假日（赶上BID），延迟开始（化疗？）增长快的肿瘤，加速治疗；增殖指数高的肿瘤；随访不在结束时采用CR？,170,(3)Redistribution,G2期阻滞为标准：G2期最敏感死亡标准：晚S期不敏感；G2-M期敏感非同步化的细胞RT同步化放射抗拒-增殖异化导致非同步化。可能自身增敏，也可能保护肿瘤。很难应用再分布的自我增敏作用容易被再增殖抵消,171,周期内细胞时相的再分布（RedistributionWithintheCellCycle）,离体培养细胞实验表明，处于不同周期时相的细胞放射敏感性是不同的，总的倾向是S期的细胞（特别是晚S期）是最耐受的G2和M期的细胞是最放射敏感的。可能的原因是，G2期细胞在分裂前没有充足的时间修复放射损伤。,172,Sinclair和Morton（1965）,不同周期时相仓鼠细胞的放射敏感性变化,173,周期内细胞时相的再分布,用S期特异性药物处理诱导产生的细胞周期再分布现象照射后即刻存活克隆源细胞的分布杀灭S期细胞的药物也倾向于短暂地阻断细胞进入S期，几小时以后为G1期后部的堆积再以后，这些细胞恢复并移动通过S期处于半同步化而药物的第二个剂量效