[发明专利]一种纳米金属放射增敏生物等效剂量的计算方法

说明书

本发明公开了一种纳米金属放射增敏生物等效剂量的计算方法，属于肿瘤的放射治疗领域。通过对细胞形态、纳米金属胞内含量与分布的精确测定，建立摄入纳米金属的细胞几何模型；采用细胞几何模型与微观蒙特卡罗方法，计算细胞模型内的微观剂量分布，再与局部效应模型相结合，建立纳米金属增敏后细胞存活曲线的预测模型，并据此计算用于纳米金属增敏生物效应评价的增敏率，进而得到纳米金属放射增敏的相对生物效应(RBE)，将RBE与处方剂量相乘得到纳米金属放射增敏生物等效剂量。本发明灵活性、适应性强，采用本发明方法进行一次细胞表征和纳米金属含量测定就可获得单种纳米粒子在多种治疗模式下、多种治疗剂量下的相对生物效应预测模型。

技术领域

本发明涉及肿瘤的放射治疗领域，具体涉及一种纳米金属放射增敏生物等效剂量计算方法。

背景技术

近年来，全球肿瘤发病和死亡人数逐年提高，已严重威胁到人民的生命与健康。放射治疗是癌症治疗的三大手段之一，约60-70％的恶性肿瘤患者需要接受放疗。纳米金属放射增敏(Metallic nanoparticle radiosensitisation,MNPR)是利用摄入肿瘤组织的纳米金属材料提高放疗对恶性肿瘤局部控制率的有效临床手段，已成为当今癌症治疗领域的重要研究与发展方向。生物实验与临床试验结果均表明纳米金属增敏能够有效提高肿瘤的局部控制率并保护正常组织，有重要的临床应用价值。最新研究认为，纳米金属放射增敏是物理、化学和生物学过程综合影响下的复杂效应。在物理层面，由于射线与高原子序数的金属的反应截面显著高于生物组织，摄入纳米金属的肿瘤部位的次级电子产量与微观剂量沉积得到提升，造成DNA直接损伤增强。在化学层面，次级电子所激发的自由基产量提升导致DNA间接损伤增强。在生物学效应层面，有氧化应激、细胞周期阻滞和DNA修复抑制效应发挥作用。

在常规放射治疗中，通常由医生给出肿瘤靶区的处方剂量和周围危及器官的剂量限值，再使用治疗计划系统进行治疗计划设计，计算三维剂量分布，进行肿瘤和危及器官的剂量评价，评价通过后再执行放射治疗。对摄入纳米金属的病人施行放射治疗时，放射增敏会增强纳米金属沉积部位的放射生物效应，因此需要获取肿瘤和危及器官的生物等效剂量，以正确设计处方剂量和评价治疗计划。

目前，仅有钆、铪等少数几种纳米金属用于肿瘤放射治疗增敏的临床试验。在临床使用中，目前没有建立放射增敏生物剂量的计算模型，不能预测治疗的生物等效剂量，只是通过细胞和动物实验来估算治疗处方。如需采用细胞照射实验或动物照射实验建立相对生物效应预测模型，需要针对每种治疗模式和治疗剂量设计一系列的生物辐照实验，操作复杂且容易受到人工因素影响。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种纳米金属放射增敏生物等效剂量的计算方法。

使用千伏级光子源的放射治疗(如使用铱-192、碘-125等放射源的近距离放射治疗、低能X射线术中放疗、X射线小动物放射研究平台等)，物理效应在放射增敏效应中发挥主导作用，因此可以通过研究微观物理剂量分布和放射增敏生物效应之间的关系，建立放射增敏生物等效剂量的计算方法。本发明所提供的方法基于预先展开的细胞表征和细胞照射实验结果，使用蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)方法和局部效应模型(Local effect model,LEM)方法建模计算纳米金属放射增敏的相对生物效应(Relative biologicaleffectiveness,RBE)，进而计算纳米金属放射增敏生物有效剂量。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种纳米金属放射增敏生物等效剂量的计算方法，包括以下步骤：

(1)将肿瘤细胞在含纳米金属颗粒的细胞培养基中培养，使肿瘤细胞充分摄入纳米金属颗粒。

所述的纳米金属颗粒包括钆、铪、金、铂、银、铁等的纳米颗粒，粒径优选为1～100nm。