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本节主要内容
基本概念
细胞存活试验
细胞存活曲线数学模型
细胞存活曲线
第1页
拟合
计算
照射培养
稀释
种板
二、细胞存活试验
细胞存活曲线
第2页
一、基本概念
细胞存活定义:按照放射生物学观点,只有保留无限增殖能力细胞才称之为存活细胞。在特定环境下,存活细胞有能力形成超出50个细胞集落,这种细胞称为克隆源性细胞。细胞数量到达5 0个以上表示已繁殖了5-6代。凡是失去无限增殖能力,不能产生大量子代细胞称为死亡细胞。
细胞存活曲线:细胞存活曲线是定量描述辐射吸收剂量与细胞存活之间关系曲线,在放射生物学研究中含有主要意义,是研究肿瘤细胞内在放射敏感性基础。
细胞存活曲线
第3页
线性二次模型
单击多靶模型
细胞存活曲线
三大数学模型
三、细胞存活曲线数学模型
单击单靶模型
细胞存活曲线
第4页
单靶单击模型:S=exp(-D/D0)
在电离辐射对细胞作用研究中, 在许多情况下, 惯用所谓单靶模型来描述一次击中所需照射剂量, 其模型表示式中, D0称为“ 平均致死剂量” , 它倒数为曲线斜率,这种关系也存在于辐射对病毒或酶照射后钝化效应中, 此时D0称为钝化剂量。
从公式可知, 当剂量D=D0时, 上式值为
S=exp(-D/D0)=exp(-1)=
所以, %时所需照射剂量, 这个剂量可简明地作为细胞(细菌或病毒等)对射线敏感性一个指标。
普通来说, 此模型适合用于描述由高LET电离辐射如(α粒子)所致细胞存活率曲线。
三、细胞存活曲线数学模型
1、单击单靶模型
细胞存活曲线
第5页
三、细胞存活曲线数学模型
单击多靶模型:SF=1-(1- e-kD)N。
e为自然对数底,k是与射线质及细胞敏感性相关常数,D为细胞所受照射剂量。
此模型假设细胞内有N个靶,每个靶都相同,只有全部靶都失活,细胞才死亡,而每个靶失活只需一次击中。
用该模型绘制存活曲线表现为:
在低剂量区,出现一个迟缓下降肩区(shoulder)(因亚致死损伤累积关系),
在高剂量区,曲线近似直线,细胞呈指数性死亡,见图1。有些细胞存活曲线一直没有指数性死亡直线部分。
图1 用单击多靶模型拟合细胞剂量存活曲线
2、单击多靶模型
细胞存活曲线
第6页
单击多靶模型特点是有多个生物学参数:
平均致死剂量D0:存活曲线直线部分斜率倒数,即指在细胞存活曲线直线部分,,。D0值反应每种细胞在相对高剂量区对射线敏感性,D0值越大,细胞对放射愈抗拒。
准阈剂量Dq:存活曲线直线部分向上延伸与经过存活率为1横轴相交点剂量,代表存活曲线“肩宽”,表示从开始照射到细胞呈指数性死亡所浪费剂量。Dq值小,表明细胞亚致死性损伤修复能力弱,很小剂量就能使细胞进入致死性损伤指数性死亡阶段;Dq值大,表明细胞亚致死性损伤修复能力强。
外推数N:指细胞存活曲线直线部分延长线与纵坐标相交后所截之部分,反应细胞内所含放射敏感区域数,即靶数。
D0、Dq 、N三个参数之间关系能够用以下公式表示:logN=Dq/D0。任意两个参数即可在一定程度上反应细胞放射敏感性。
该模型用于描述带有肩宽人和哺乳动物细胞剂量一存活率曲线很好。
2、单击多靶模型
三、细胞存活曲线数学模型
细胞存活曲线
第7页
线性二次模型(linear quadratic model)亦称L-Q模型: S=e-(αd+βd2)
S为细胞存活率;d为单次照射剂量;
α值代表线性效应,即指细胞存活曲线初始斜率,决定低剂
量照射下损伤程度;
β值代表平方效应,它贡献随剂量增加而加大。
当线性部分和平方部分对杀灭细胞贡献相等时,其照射剂量等于α和β比值,即α/β。
该模型假定辐射引发细胞死亡由以下两种方式组成,一个方式为射线一次击中两条链,其生物效应与照射剂量成百分比,以αd表示;另一个方式为射线分别击中两条链,其生物效应与照射剂量平方成百分比,以βd2表示。
用该模型合成曲线特点是呈连续弯曲曲线,没有一个斜率不变末尾指数区域,
三、细胞存活曲线数学模型
3、线性二次模型
细胞存活曲线
第8页
该模型只有2个能够调整系数,即α、β。不一样组织α/β值是不一样,一个特定组织α/β值意味着在这个剂量值,单击所产生生物效应与双击所产生生物效应相同。α/β值普通不受所选择生物效应水平影响,而且能反应早期反应组织、晚期反应组织以及肿瘤对剂量反应性差异。
L-Q模型对临床放射治疗主要贡献是,它把试验室相关细胞和组织分次剂量效应研究结果与临床有机地结合起来。它分别考虑早期反应和晚期反应组织对分次剂量和治疗总时间不一样反应。研究表明,晚期反应组织曲线较早期反应组织曲线更陡。癌组织类似于早期反应组织,当分割剂量降低(),而给予相当增殖快组织所能耐受剂量时,则晚期反应组织就能够得到保护,这成为超分割放射治疗优于常规放射治疗原因之一。
三、细胞存活曲线数学模型
3、线性二次模型
细胞存活曲线
第9页