RBE of cells irradiated by carbon ions

于1905-07-02批量导入IMP-IR

The relationship between the RBE of alpha particles and the radiosensitivity of different mutations of Chinese hamster cells

The RBE of alpha -particles in different mutations of Chinese hamster cells was determined with the aim of identifying differences in the sensitivity to x-ray and alpha -particle-induced DNA damage. Two parental lines of Chinese hamster cells and four radiosensitive mutants were irradiated with different single doses of x-rays and alpha -particles and clonogenic cell survival was determined. Radiosensitivity to x-rays varied by a factor of 5 between the cell strains whereas sensitivity to alpha -particle irradiation was almost identical among all strains. The RBE is only determined by the sensitivity of the cells towards x-rays. Since cells with different defects of repair or cell cycle control have different radiosensitivities, we conclude that the effects of x-ray irradiation and the RBE are mostly determined by the activity of repair processes.

Relative biological effectiveness (RBE) and out-of-field cell survival responses to passive scattering and pencil beam scanning proton beam deliveries

The relative biological effectiveness (RBE) of passive scattered (PS) and pencil beam scanned (PBS) proton beam delivery techniques for uniform beam configurations was determined by clonogenic survival. The radiobiological impact of modulated beam configurations on cell survival occurring in- or out-of-field for both delivery techniques was determined with intercellular communication intact or physically inhibited. Cell survival responses were compared to those observed using a 6 MV photon beam produced with a linear accelerator. DU-145 cells showed no significant difference in survival response to proton beams delivered by PS and PBS or 6 MV photons taking into account a RBE of 1.1 for protons at the centre of the spread out Bragg peak. Significant out-of-field effects similar to those observed for 6 MV photons were observed for both PS and PBS proton deliveries with cell survival decreasing to 50-60% survival for scattered doses of 0.05 and 0.03 Gy for passive scattered and pencil beam scanned beams respectively. The observed out-of-field responses were shown to be dependent on intercellular communication between the in-and out-of-field cell populations. These data demonstrate, for the first time, a similar RBE between passive and actively scanned proton beams and confirm that out-of-field effects may be important determinants of cell survival following exposure to modulated photon and proton fields

Investigating the Implications of a Variable RBE on Proton Dose Fractionation Across a Clinical Pencil Beam Scanned Spread-Out Bragg Peak

Purpose: To investigate the clinical implications of a variable relative biological effectiveness (RBE) on proton dose fractionation. Using acute exposures, the current clinical adoption of a generic, constant cell killing RBE has been shown to underestimate the effect of the sharp increase in linear energy transfer (LET) in the distal regions of the spread-out Bragg peak (SOBP). However, experimental data for the impact of dose fractionation in such scenarios are still limited.

Methods and Materials: Human fibroblasts (AG01522) at 4 key depth positions on a clinical SOBP of maximum energy 219.65 MeV were subjected to various fractionation regimens with an interfraction period of 24 hours at Proton Therapy Center in Prague, Czech Republic. Cell killing RBE variations were measured using standard clonogenic assays and were further validated using Monte Carlo simulations and parameterized using a linear quadratic formalism.

Results: Significant variations in the cell killing RBE for fractionated exposures along the proton dose profile were observed. RBE increased sharply toward the distal position, corresponding to a reduction in cell sparing effectiveness of fractionated proton exposures at higher LET. The effect was more pronounced at smaller doses per fraction. Experimental survival fractions were adequately predicted using a linear quadratic formalism assuming full repair between fractions. Data were also used to validate a parameterized variable RBE model based on linear α parameter response with LET that showed considerable deviations from clinically predicted isoeffective fractionation regimens.

Conclusions: The RBE-weighted absorbed dose calculated using the clinically adopted generic RBE of 1.1 significantly underestimates the biological effective dose from variable RBE, particularly in fractionation regimens with low doses per fraction. Coupled with an increase in effective range in fractionated exposures, our study provides an RBE dataset that can be used by the modeling community for the optimization of fractionated proton therapy.

Erwachsene in Partizipationsprozessen mit Kindern und Jugendlichen am Beispiel der projektorientierten Beteiligungsarbeit in der Stadt Kassel unter besonderer Berücksichtigung des Vereins Spielmobil Rote Rübe

Bei der vorliegenden Arbeit handelt es sich um ein Vorhaben aus dem Bereich der Praxisforschung. Den Untersuchungsgegenstand bildet das Beteiligungsmodell für Kinder und Jugendliche der Stadt Kassel. Im Zentrum der Betrachtung steht dabei die Rolle der Erwachsenen im Zuge der Durchführung von Beteiligungsprojekten mit Kindern und Jugendlichen in Kassel, einer Großstadt mit rund 185.000 Einwohnern. Die Basis der Untersuchung bilden 17 Kriterien für professionelles Verhalten Erwachsener in Beteiligungsprozessen, die zunächst aus vier pädagogischen Richtungen abgeleitet werden. Es handelt sich dabei um die Ansätze folgender Pädagogen: • Janusz Korczak (1878-1942), polnischer Arzt, Literat, Pädagoge, • Kurt Löwenstein (1885-1939), Gründer und Förderer der sozialistischen Kinderfreunde-Bewegung, • Loris Malaguzzi (1920-1994), italienischer Pädagoge und „Urvater“ der Reggio-Pädagogik und • Olaf Axel Burow (geb. 1951), Begründer der Gestaltpädagogik. Das Hauptziel der Arbeit besteht in der Erarbeitung eines Kriterienkataloges für professionelles Verhalten Erwachsener in Beteiligungsprozessen mit Kindern und Jugendlichen. Nach der Einleitung, einer Beschreibung des der Arbeit zugrunde liegenden Verständnisses von Partizipation und der Darstellung angewandter Untersuchungsinstrumente werden im zweiten Teil neben einem Überblick über historische Vorläufer des Ansatzes Kinder und Jugendliche an der Gestaltung ihrer Lebenswelt zu beteiligen, allgemeine Grundlagen der Beteiligung von Kindern und Jugendlichen geliefert (rechtliche, Formen und Methoden der Beteiligung, Prüfsteine für gute Beteiligung...). Dieser einführende Teil endet mit der Entwicklung grundlegender Kriterien, die bei der Durchführung von Partizipationsprozessen mit Kindern und Jugendlichen berücksichtigt werden sollten bzw. müssen. Im dritten Teil werden die vier oben erwähnten pädagogischen Richtungen vorgestellt und interpretiert. Aus den vier Ansätzen werden zum einen 13 Kriterien für partizipative Erziehung herausgearbeitet zum anderen 17 Kriterien für professionelles Verhalten Erwachsener in Partizipationsprozessen abgeleitet. Anhand dieser Kriterien entsteht auch eine Definition für partizipative Erziehung. Im Zentrum des folgenden vierten Teiles der Arbeit steht zunächst die Beschreibung des Beteiligungsmodells der Stadt Kassel. Dabei bilden die Rolle der Kinderbeauftragten und die Tätigkeiten des Vereins Spielmobil Rote Rübe, der die Entwicklung des Beteiligungsansatzes mitbestimmt, sowie intensiv in die Durchführung der Beteiligungsprojekte involviert ist, die Schwerpunkte der Betrachtung. Nach einer ausführlichen Auseinandersetzung mit der Theorie und der Praxis der Kassler Beteiligungslandschaft werden die in Teil drei entwickelten Kriterien für professionelles Verhalten Erwachsener in Beteiligungsprozessen anhand der aktuellen Situation in der Stadt Kassel auf ihre Praxistauglichkeit hin untersucht und überarbeitet. Auch die in Teil drei verfasste Definition für Beteiligung erfährt einige geringfügige Veränderungen. In diesem Zusammenhang erfolgt auch eine Auseinandersetzung mit Veränderungsmöglichkeiten bzw. eine Beschreibung von Verbesserungsvorschlägen des projektorientierten Beteiligungsmodells der Stadt Kassel.

Antiproton induced DNA damage : proton like in flight, carbon-ion light near rest

Biological validation of new radiotherapy modalities is essential to understand their therapeutic potential. Antiprotons have been proposed for cancer therapy due to enhanced dose deposition provided by antiproton-nucleon annihilation. We assessed cellular DNA damage and relative biological effectiveness (RBE) of a clinically relevant antiproton beam. Despite a modest LET (~19 keV/μm), antiproton spread out Bragg peak (SOBP) irradiation caused significant residual γ-H2AX foci compared to X-ray, proton and antiproton plateau irradiation. RBE of ~1.48 in the SOBP and ~1 in the plateau were measured and used for a qualitative effective dose curve comparison with proton and carbon-ions. Foci in the antiproton SOBP were larger and more structured compared to X-rays, protons and carbon-ions. This is likely due to overlapping particle tracks near the annihilation vertex, creating spatially correlated DNA lesions. No biological effects were observed at 28–42 mm away from the primary beam suggesting minimal risk from long-range secondary particles.

Enhanced robotic body extension with modular units

The adaptation of robots to changing tasks has been explored in modular self-reconfigurable robot research, where the robot structure is altered by adapting the connectivity of its constituent modules. As these modules are generally complex and large, an upper bound is imposed on the resolution of the built structures. Inspired by growth of plants or animals, robotic body extension (RBE) based on hot melt adhesives allows a robot to additively fabricate and assemble tools, and integrate them into its own body. This enables the robot to achieve tasks which it could not achieve otherwise. The RBE tools are constructed from hot melt adhesives and therefore generally small and only passive. In this paper, we seek to show physical extension of a robotic system in the order of magnitude of the robot, with actuation of integrated body parts, while maintaining the ability of RBE to construct parts with high resolution. Therefore, we present an enhancement of RBE based on hot melt adhesives with modular units, combining the flexibility of RBE with the advantages of simple modular units. We explain the concept of this new approach and demonstrate with two simple unit types, one fully passive and the other containing a single motor, how the physical range of a robot arm can be extended and additional actuation can be added to the robot body. © 2012 IEEE.

低剂量碳离子束辐射增强AdCMV-p53转染对非小细胞肺癌细胞的治疗效果

探讨低剂量碳离子束预辐照对AdCMV-p53转染非小细胞肺癌细胞的影响, 观察了20和40 MOI AdCMV-p53转染经12C6+ 束流或γ 射线预辐照的H1299细胞后, 外源性p53的表达、细胞周期、细胞凋亡和细胞存活等. 结果显示, 经碳离子束预辐照后 AdCMV-p53转染细胞p53阳性细胞所占比例高达90%多, 明显高于γ 射线预辐射后AdCMV-p53 转染细胞p53阳性率. 低剂量碳离子预辐照明显阻止AdCMV-p53转染细胞G0/G1阻滞的发生,促进 G2/M 阻滞和细胞凋亡的发生. 碳离子束辐射诱导 AdCMV-p53 转染组相对生物学效应(RBE)比单纯碳离子束辐照组增加 30%~60%, 比单纯 AdCMV-p53 转染组增加20%~130%, 比单纯γ 辐射诱导 AdCMV-p53 转染组增加 30%~70%. 结论: 低剂量碳离子束预照射明显增强外源性 p53 的表达和AdCMV-p53 转染对非小细胞肺癌细胞的抑制.

不同LET射线对细胞的生物学效应

以人肝癌细胞系和正常肝细胞系为材料,报道了不同传能线密度射线辐射引发细胞染色体原初断裂及24h内的修复情况。计算了相对生物学效应的值。以L02染色体总断裂数量得出的RBE值96.05keV/μm的12C6+为3.6,512keV/μm36Ar18+为2.9。而以7721染色体总断裂数量得出的RBE值:96.05keV/μm的12C6+为3.5,512keV/μm36Ar18+也为2.9。用产生等点染色单体断裂计算,则RBE更高。对比得出,高LET对增加等点染色单体断裂量的作用要远远大于对增加染色单体断裂量的作用。等点染色单体的断裂修复难度要远远大于染色单体断裂的修复难度,这也是高LET高致死率的一个重要原因。

低剂量碳离子束辐射增强AdCMV-p53转染对人非小细胞肺癌细胞的治疗效果

探讨低剂量碳离子束预辐照对AdCMV-p53转染非小细胞肺癌细胞的影响,观察了20和40MOIAdCMV-p53转染经12C6+束流或γ射线预辐照的H1299细胞后,外源性p53的表达、细胞周期、细胞凋亡和细胞存活等.结果显示,经碳离子束预辐照后AdCMV-p53转染细胞p53阳性细胞所占比例高达90%多,明显高于γ射线预辐射后AdCMV-p53转染细胞p53阳性率.低剂量碳离子预辐照明显阻止AdCMV-p53转染细胞G0/G1阻滞的发生,促进G2/M阻滞和细胞凋亡的发生.碳离子束辐射诱导AdCMV-p53转染组相对生物学效应(RBE)比单纯碳离子束辐照组增加30%~60%,比单纯AdCMV-p53转染组增加20%~130%,比单纯γ辐射诱导AdCMV-p53转染组增加30%~70%.结论:低剂量碳离子束预照射明显增强外源性p53的表达和AdCMV-p53转染对非小细胞肺癌细胞的抑制.

单细胞凝胶电泳技术检测碳离子束和X射线照射对Lewis肺癌细胞的DNA损伤

比较研究了89.63MeV/u的碳离子束和6MeV的X射线照射Lewis肺癌细胞所致的细胞克隆存活和DNA损伤效应,以探讨单细胞凝胶电泳检测细胞辐射敏感性及重离子束治疗肿瘤的优势。结果表明,在10%细胞存活水平上碳离子束的相对生物学效应(Relative biological effectiveness,RBE)值达到1.77。单细胞凝胶电泳检测损伤DNA尾部百分含量(Tail DNA,TD)和Olive尾矩(Olive tail moment,OTM)的剂量效应曲线表明,X射线的剂量效应曲线为线性,而碳离子束诱导出一个包含线性和指数项的双阶段效应曲线。碳离子束辐照剂量大于8Gy后TD和OTM都存在饱和效应。在2Gy的剂量点,高传能线密度(LET)碳离子束比X射线产生更低的存活分数和更高的初始OTM。本研究提示:在Lewis肺癌细胞中,碳离子束照射比X射线产生更为强烈的细胞致死和DNA损伤效应,可使肿瘤治疗具有更高效率。

重离子照射肿瘤细胞的相对生物学效应值

对人肝癌细胞SMMC–7721细胞和黑色素瘤细胞A375细胞,进行80.55MeV12C6+离子、X射线和γ射线照射,通过克隆存活实验获剂量–存活曲线,以X射线或γ射线为标准,计算重离子的相对生物学效应(Relative biological effectiveness,RBE)。结果显示,两种细胞的重离子RBE值都大于1,且分次照射的RBE大于单次照射。重离子照射SMMC–7721细胞的RBE高于A375细胞,分次照射的差异更明显。重离子具有独特的物理特性及高传能线密度(Line energy transfer,LET)下的强杀伤作用,可有效杀伤不同肿瘤细胞,减弱了细胞间的敏感性差异。临床的分次照射重离子治疗时,细胞的亚致死修复明显降低,可采取较少的照射次数达到杀伤肿瘤的目的,提高肿瘤治疗效率,减轻病人痛苦。

双重辐射源~9C束流在其Bragg峰区对细胞致死效应增强的生物物理机制

相对12C束流而言,β缓发粒子衰变放射性9C束流在其Bragg峰区附近深度对细胞的致死效应明显增强,这已经在我们先前的研究中证实.9C束流的相对生物学效应(RBE)较12C束流要大1倍以上.本研究旨在探讨造成这一重要实验现象的生物物理机理.首先,建立模型计算了用于实验时产生的9C束流的阻止沉积几率密度分布,模型考虑了初始束流的动量分布,束流随贯穿深度增加由核反应导致的离子通量衰减和能量损失岐离等效应.发现9C束流对细胞致死效应增强的区域出现在入射9C离子的阻止沉积区域.其次,以9C束流入射处剂量为1Gy为例,根据计算得到的入射9C离子阻止分布几率密度推导了9C束流在不同贯穿深度上的沉积离子密度,进而得到了不同深度上每细胞内平均沉积9C离子数;同时,由相近剂量平均传能线密度(LET)深度上9C和12C束流实验上测得的细胞存活率推导出了9C及12C束流在这些深度上导致的每细胞平均致死事件数.研究结果表明,在照射剂量相同时每细胞平均沉积9C离子数与9C及12C束流每细胞平均致死事件数之差竟相吻合.由此推测,一个沉积9C离子将造成该细胞死亡.考虑到由9C衰变而发射低能粒子的性质,9C离子细胞中沉积可能会在该细胞中造成团簇损伤,因而本研究结果可作为辐射团簇损伤高效细胞致死的间接证据.

低剂量率下高线性能量转移碳离子束辐照人类唾液腺细胞的存活效应

利用日本千叶重离子医用加速器HIMAC提供的碳离子束,对人类唾液腺细胞(HSG)在剂量率为0.5Gy/h的低剂量率条件下进行了辐照,运用标准的克隆形成法得到了3种不同剂量平均线性能量转移(LET)碳离子束辐照HSG细胞的剂量存活效应.与先前HSG细胞在治癌剂量率(1￣5Gy/min)下对相近剂量平均LET碳离子束辐照的剂量存活效应数据相比,HSG细胞对高LET碳离子束辐射表现出明显的剂量率效应.为在相同条件下得到碳离子束对HSG细胞的相对生物学效应(RBE),利用60Co-#射线在剂量率为0.5Gy/h的条件下辐照了HSG细胞,得到该细胞系对低LET射线响应的剂量存活效应.与先前在治癌剂量率下得到的RBE值相比,低剂量率条件下得到的RBE值总体减小.由实验发现的剂量率效应及低剂量率条件下RBE值的减小,表明由高LET碳离子束造成的辐射损伤在低剂量率条件下也存在着显著的修复效应.据此,对辐射造成细胞致死的原因进行了探讨.