БИОФИЗИКА, 2019, том 64, № 6, с. 1208-1215

БИОФИЗИКА CЛОЖНЫX CИCТЕМ

УДК 577.3

ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСКОРЕННЫХ ИОНОВ

УГЛЕРОДА С ЭНЕРГИЕЙ 450 МэВ/НУКЛОН В УСКОРИТЕЛЬНОМ

КОМПЛЕКСЕ У-70 ПО КРИТЕРИЮ ВЫЖИВАЕМОСТИ МЫШЕЙ

Н.С. Стрельникова**, С.С. Сорокина*, В.А. Пикалов***

*Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН,

142290, Пущино Московской области, Институтская ул., 3

**Физико-технический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН,

142281, Протвино Московской области, Академический проезд, 2

***Институт физики высоких энергий имени А.А. Логунова (НИЦ «Курчатовский институт» - ИФВЭ),

142281, Протвино Московской области, пл. Науки, 1

E-mail: rozanova.iteb@gmail.com

Поступила в редакцию 16.07.2019 г.

После доработки 16.07.2019 г.

Принята к публикации 02.08.2019 г.

Определены коэффициенты относительной биологической эффективности пучка ионов углерода с

энергией 450 МэB/нуклон при облучении мышей в дозе 6,5 Гр в разных областях кривой Брэгга по

тесту 30-суточной выживаемости, динамике гибели и средней продолжительности жизни погибших

мышей в сравнении с воздействием рентгеновского излучения. Интегральные значения коэффици-

ентов относительной биологической эффективности ионов углерода при облучении до пика Брэгга

составили 0,8, в расширенном пике Брэгга - 1,5, после пика Брэгга - 0,7. Величина относительной

биологической эффективности в модифицированном пике Брэгга, вычисленная по соотношению

доз, приводящих к 50%-й гибели животных, составила 2,9. Изменение ширины модифицированно-

го пика Брэгга не влияло на гибель животных.

Ключевые слова: ускоренные ионы углерода, относительная биологическая эффективность, выживае-

мость, мыши.

DOI: 10.1134/S0006302919060206

органов, чувствительных к облучению, при ми-

В последние десятилетия выдвинут ряд важ-

нимизации нагрузки на окружающие здоровые

ных практических задач, для решения которых

ткани [3]. В связи с активным развитием в мире

необходимо изучение механизмов биологическо-

центров ядерной медицины, в том числе и в на-

го действия тяжелых ионов высоких энергий на

шей стране, разрабатываются новые терапевтиче-

организм, что обусловлено двумя причинами: ис-

ские установки для ионной терапии, одна из ко-

пользованием их в радиотерапии злокачествен-

торых находится в НИЦ «Курчатовский инсти-

ных опухолей и радиационной защитой экипажа

тут» - ИФВЭ (Протвино).

при длительных космических полетах [1,2]. В

обоих случаях речь идет о частицах с энергией

Для биологической характеристики источника

>100 МэВ/нуклон. Основным свойством дей-

ускоренных ионов углерода, необходимой для

расчетов максимально эффективных и переноси-

ствия этих частиц является наличие пика Брэгга,

мых доз радиотерапии, а также моделирования

который характеризуется максимальным выделе-

риска радиационных последствий при межпла-

нием энергии в конце пробега при остановке ча-

нетных космических полетах, требуется опреде-

стицы. Это уникальное качество ускоренных тя-

ление коэффициентов относительной биологи-

желых ионов позволяет с высокой точностью вы-

ческой эффективности (ОБЭ). Исследований по

гружать дозу в заданном объеме, эффективно

действию тяжелых частиц на биологические объ-

подавлять рост опухолей, находящихся глубоко в

екты к настоящему времени накопилось доста-

организме или в непосредственной близости от

точно [4-6]. Основной проблемой в этих иссле-

Сокращения: ОБЭ - относительная биологическая эффек-

дованиях, которую отмечают все авторы, являет-

тивность, ЛПЭ - линейная потеря энергии.

ся то, что величина ОБЭ зависит от многих

1208

ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСКОРЕННЫХ ИОНОВ УГЛЕРОДА

1209

факторов: с одной стороны, биологических пара-

странение приобретает точка зрения, что пер-

метров - вида, пола, возраста животного; линии

спектива развития ионной терапии связана с тех-

культивируемых клеток млекопитающих, кото-

нологией гипофракционирования, предполагаю-

рые исследуются чаще всего; метода регистрации

щей кардинальное увеличение дозы за фракцию,

повреждений, концентрации кислорода в тканях,

что повысит эффективность лечения. При ис-

стадии клеточного цикла, условий культивирова-

пользовании ионов углерода в клинических усло-

ния in vitro и метаболизма in vivo, а с другой сторо-

виях для лечении определенных видов опухолей в

ны - физико-технических характеристик облуче-

настоящее время получены положительные ре-

ния: способа доставки и расчета дозы, дозы за

зультаты при радиотерапии рака простаты, пече-

фракцию, величины линейной потери энергии

ни и легких [12,13]. До сих пор остается нерешен-

(ЛПЭ) частиц, состава и однородности пучка

ным вопрос не только корреляции исследований

ионов и вторичного излучения [7]. В связи с этим

in vitro и клинических данных, но и результатов,

имеющиеся результаты дают недостаточное пред-

полученных в разных центрах ионной терапии,

ставление о том, какие факторы будут играть

поскольку продемонстрирована большая зависи-

ключевую роль в развитии направленных биоло-

мость для различных дозовых уровней и конфигу-

гических эффектов, особенно при облучении це-

рации полей.

лых организмов. В то время как исследования на

В ряде работ показан также большой разброс

клеточных линиях незаменимы для поиска моле-

коэффициентов ОБЭ для культивируемых опухо-

кулярных механизмов эффектов, первостепенное

левых клеток, что затрудняет планирование дозы

значение имеет систематизация имеющихся зна-

для ионной терапии опухолей разной этиологии и

ний и получение достоверных представлений в

локализации [14]. Даже среди нескольких клеточ-

экспериментах на животных, которые могут слу-

ных линий одного вида карциномы печени чело-

жить целям практического использования в кли-

века при облучении в диапазоне 0,5-3,0 Гр по те-

никах. Кроме уникального распределения энер-

сту 10%-й выживаемости значения ОБЭ изменя-

гии в веществе, которым характеризуется

лись от 2,1 до 3,3. При этом какие-либо различия

действие ионов углерода, они обладают повы-

между фотонами и ионами углерода по влиянию

шенными значениями ОБЭ в пике Брэгга в диа-

на клеточный цикл и апоптоз не были выявлены,

пазоне 1,2-5,0 по сравнению с рентгеновским и

что предполагает индукцию других сигнальных

гамма-излучениями [8,9]. Это, с одной стороны,

путей реализации повреждений при действии

увеличивает вероятность контроля над ростом

ионов углерода [15].

опухоли, но с другой - может вести к осложнени-

В настоящее время на базе НИЦ «Курчатов-

ям в нормальных тканях, окружающих опухоль

ский институт» - ИФВЭ (г. Протвино, Москов-

или находящихся внутри планируемого объема

ская область) создана и интенсивно используется

облучения, так как многие солидные опухоли со-

для радиобиологических исследований установка

держат нетрансформированные ткани (стромаль-

«Радиобиологический стенд на углеродном пучке

ные структуры, васкулярные элементы). В отда-

У-70» с выведенным пучком ускоренных ионов

ленные сроки от месяца до года после облучения

углерода с максимальной энергией 450 МэВ/нук-

повреждения клеток нормальных тканей характе-

лон. Целью данной работы является определение

ризуются индукцией и модуляцией молекуляр-

коэффициента ОБЭ пучка ионов углерода при

ных сигнальных путей, приводящих к истоще-

облучении мышей в дозе 6,5 Гр в разных областях

нию тканеспецифичных стволовых клеток и вас-

кривой Брэгга по тесту 30-суточной выживаемо-

кулярным повреждениям, что может привести к

сти, динамике гибели и средней продолжитель-

фиброзам и дисфункции органов [10]. Лишь не-

ности жизни погибших мышей относительно

сколько исследований по определению ОБЭ

рентгеновского излучения.

ионов углерода на клеточных линиях in vitro и мо-

делях, приближенных к условиям облучения in vi-

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

vo, были проведены для предсказания отдален-

ных последствий действия ионов углерода на тка-

Иccледования выполнены на двуxмеcячныx

ни с различной чувствительностью, и в

cамцаx белыx беcпоpодныx мышей линии SHK

ограниченном количестве работ при облучении in

массой 26-34 г. Животные разведены и содержа-

vivo, в основном кожи или спинного мозга, реги-

лись в клеткаx по 15 особей в стандартных услови-

стрировались реакции нормальных тканей [4].

ях вивария ИТЭБ РАН согласно всем норматив-

При этом коэффициенты ОБЭ рассчитывались

ным актам, принятым для подобных учреждений.

на основе различных математических моделей. В

План экcпеpиментов по теме «Исследование за-

большинстве исследований использовались од-

кономерностей биологического действия уско-

нократные дозы облучения, равные или сопоста-

ренных ионов углерода на ускорителе У-70 ГНЦ

вимые с теми, которые используются при тради-

ИФВЭ (г. Протвино)» был одобрен Комиссией

ционной фракционированной фотонной терапии

ИТЭБ РАН по биологической безопасности и

[11]. Среди исследователей все большее распро-

биоэтике (приказ № 18 от 23.03.2017, Протокол

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019

1210

ЗАИЧКИНА и др.

Рис. 1. Схема расположения дозиметрических приборов и объектов при облучении ионами углерода в разных областях

относительно пика Брэгга (1 - до пика, 2 - в пике, 3 - после пика).

№ 4 от 5 апреля 2018 г.), и все процедуры были

ремещали воздушную камеру (кессон) с точно-

проведены cоглаcно ноpмативно-пpавовым ак-

стью позиционирования 0,1 мм. Специальный

там о порядке экcпеpиментальной работы c ис-

контейнер с мышами размерами 70 × 25 × 70 мм

пользованием животных, в том числе по гуманно-

располагали у передней стенки кессона (рис. 1).

му отношению к ним [16].

Равномерное поле облучения в поперечном на-

Для определения 30-суточной выживаемости

правлении формировали электромеханическим

использовали 120 мышей, которые были разделе-

вобблером на постоянных дипольных магнитах [17],

ны на группы по 15 животных. Перед облучением

после которого размер однородного дозового поля

мышей наркотизировали смесью ксилазин-золе-

облучения на входе в водный фантом составлял круг

тил (Interchemie Werken. BV, Нидерланды, Virbac

диаметром 60 мм с однородностью не менее 95%.

Sante Animale, Франция). Медикаментозная им-

Для контроля равномерности поля во время облуче-

мобилизация была необходима для корректной

ния использовали мозаичную плоскопараллельную

локализации объектов при облучении в водном

ионизационную камеру. Кривую Брэгга измеряли с

фантоме. Мыши в группе положительного кон-

помощью клинического дозиметра ДКС-АТ5350/1

троля при облучении рентгеновским излучением

с ионизационной камерой ТМ-30010-1 (фирма

в дозе 6,5 Гр также были наркотизированы.

PTW, Нидерланды). При измерении камера была

установлена по оси пучка в кессоне и передвигалась

Мышей облучали моноэнергетическим пуч-

системой перемещения вдоль оси Y (рис. 1). Кон-

ком ядер углерода в дозе 6,5 Гр в трех основных

троль дозы при облучении объектов проводили с по-

областях кривой Брэгга - до пика, в пике и после

мощью плоскопараллельной ионизационной каме-

пика - на установке У-70 перпендикулярно на-

ры, через которую проходил весь пучок ядер углеро-

правлению пучка. Энергия пучка на выходе уско-

да. Дозиметрическое сопровождение облучения

рителя составляла 450 МэВ/нуклон. На экспери-

проводили по показаниям монитора и термолюми-

ментальную установку выводили до 1,0 · 10⁹ ядер

несцентных дозиметров типа ММТ. Профили пучка

углерода в режиме медленного вывода с циклом

и равномерность поперечного облучения контроли-

8 с и длительностью вывода - 0,6 с. Мощность до-

ровали с помощью радиохромной пленки ЕВТ-3

зы составляла до пика - 0,8 Гр/мин, в пике -

(CafChromic, США). Было проведено три сеанса об-

1,6 Гр/мин, после пика - 0,3 Гр/мин.

лучения в 2016-2018 гг.

Дозиметрические измерения и облучение мы-

Для обеспечения более равномерного распре-

шей выполняли в водном фантоме (имитация

деления дозы по объему мышей облучение прово-

тела человека), который представляет собой по-

дили в пике Брэгга, модифицированном гребен-

ликарбонатный контейнер. Внутри водного фан-

чатыми фильтрами, так называемом расширен-

тома с помощью трехкоординатной системы пе-

ном пике Брэгга. В первых двух сеансах

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019

ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСКОРЕННЫХ ИОНОВ УГЛЕРОДА

1211

Рис. 2. Позиционирование мышей при облучении в разных областях кривой Брэгга: (а) - сеансы № 1 и № 2, ширина

пика 10 мм; (б) - сеанс № 3, ширина пика 30 мм.

использовали гребенчатый фильтр из полистиро-

вали 30-суточную выживаемость, динамику гибе-

ла [18], который расширял зону максимального

ли и среднюю продолжительность жизни погиб-

выделения энергии ионами до 10 мм. Контейнер

ших от облучения мышей.

с животными размещали таким образом, чтобы

Полученные данные подвергали стандартной

начало спада пика приходилось на заднюю стенку

статистической обработке с вычислением сред-

контейнера, и дозу на тело мыши определяли как

него значения показателя и его ошибки. Досто-

среднюю величину по глубине контейнера. Так

верность различий между выборками оценивали

как при такой глубине облучения доза по телу

с помощью непараметрического U-критерия

мыши была распределена недостаточно равно-

Манна-Уитни. Вероятность ошибки p < 0,05 счи-

мерно, то в третьем сеансе использовали новый

тали достаточной для вывода о статистической

гребенчатый фильтр из алюминия, который рас-

значимости различий полученных данных.

ширял пик Брэгга до 30 мм. Фильтры были уста-

новлены после электромеханического вобблера

на расстоянии 3 м от водного фантома.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Оценка ЛПЭ ионов углерода во всех трех сеан-

На рис. 3 представлены кривые выживаемости

сах была сделана расчетным методом и составля-

мышей, облученных в дозе 6,5 Гр в модифициро-

ла в месте облучения до пика Брэгга

ванном пике Брэгга ионами углерода во время

15 кэВ/мкм, после пика - 5 кэВ/мкм, в модифи-

трех сеансов работы ускорителя У-70 с времен-

цированном пике Брэгга в первом и втором сеан-

ным интервалом от 6 до 12 месяцев. Как видно из

се - 100 кэВ/мкм, а в третьем - 39 кэВ/мкм.

результатов, достоверные различия в динамике

На рис. 2 показаны энергетические характери-

выживаемости мышей после облучения в разных

стики пучка ионов углерода в зависимости от рас-

модификациях пика Брэгга в экспериментах об-

положения контейнера с мышами при облучении

наружены не были. Средняя продолжительность

в пике Брэгга разной модификации и в разных

жизни погибших при облучении ионами углерода

областях кривой Брэгга.

мышей составила 7,6 ± 2 сут, а при рентгеновском

Для вычисления коэффициента ОБЭ кон-

облучении - 15,7 сут. Гибель животных начина-

трольная группа мышей была облучена в дозе

лась в первую неделю после облучения, что может

6,5 Гр рентгеновским излучением на установке

быть обусловлено развитием желудочно-кишеч-

РУМ при напряжении 200 кВ и линейной переда-

ного синдрома, по сравнению с рентгеновским

чей энергии 2 кэВ/мкм при средней мощности

излучением, после которого гибель происходила

дозы 1 Гр/мин (ЦКП «Источники излучения»

на восьмые-двенадцатые сутки, что, вероятно,

ИБК, Пущино).

связано с костномозговым синдромом. Основ-

Затем в течение 30-ти суток после радиацион-

ным отличием при облучении в модифицирован-

ного воздействия ежедневно учитывали число

ном пике Брэгга во время сеанса № 3 было увели-

павших животных, а также мышей взвешивали

чение ширины пика до 30 мм, что позволило пол-

два раза в неделю. По итогам наблюдения оцени-

ностью покрыть дозой тело мыши, в отличие от

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019

1212

ЗАИЧКИНА и др.

Рис. 3. Динамика гибели мышей после тотального облучения ионами углерода в пике Брэгга за три сеанса и

рентгеновского облучения в дозе 6,5 Гр.

условий сеансов № 1 и № 2, при которых ширина

Брэгга в дозе 6,5 Гр. Данное положение на кривой

пика Брэгга была 10 мм, и большая часть дозы

Брэгга имитирует облучение тканей, находящих-

распределялась в области спинного мозга живот-

ся за опухолью, и отличается от первых двух обла-

ного. Существенно отличались также значения

стей составом и энергией вторичного излучения:

ЛПЭ частиц: в первом и втором сеансе она со-

после пика Брэгга полностью отсутствуют ядра

ставляла 100 кэВ/мкм, а в третьем - 39 кэВ/мкм.

углерода. В пучке остаются только вторичные

Таким образом, было выявлено, что увеличение

протоны с энергией 20-240 МэВ, нейтроны с

ширины модифицированного пика Брэгга в три

энергией 1-300 МэВ и альфа частицы с энергией

раза не влияет на выживаемость мышей после об-

5-60 МэВ/нуклон. Средняя ЛПЭ частиц после

лучения в дозе 6,5 Гр, что свидетельствует о кри-

пика составляет 5 кэВ/мкм. Как видно из резуль-

тической роли облучения спинного мозга в раз-

татов двух сеансов (№ 1 и № 3), облучение после

витии событий, приводящих к гибели животных.

пика Брэгга в дозе 6,5 Гр, в отличие от рентгенов-

Существенное отличие в значении ЛПЭ частиц в

ского излучения, не вызывало в течение 30 суток

пике Брэгга разных сеансов также не повлияло на

гибель животных. Интересно, что в работе [19]

гибель мышей.

при облучении культуры клеток мышиной мела-

номы В-16 после пика Брэгга на этой же установ-

На рис. 4 показана динамика гибели мышей,

облученных в дозе 6,5 Гр до пика Брэгга. Данное

ке авторы наблюдали значительную гибель

положение на кривой Брэгга характеризуется об-

клеток.

лучением всего тела мыши ядрами углерода «на

Использование в нашей работе достаточно

прострел» и имитирует условия облучения тка-

сложного экспериментального теста in vivo, кото-

ней, расположенных до опухоли, а также модели-

рый имеет ряд ограничений по повторению и за-

рует действие галактического космического излу-

висит от множества факторов, показало хорошую

чения на организм. Как видно из данных, гибель

воспроизводимость результатов, что позволило

животных была значительно меньше, чем при

суммировать нам данные трех независимых сеан-

действии рентгеновского излучения, и начина-

сов облучения ионами углерода на ускорителе У-

лась позднее: для рентгена на десятые, а для угле-

70 (рис. 6). На основе обобщенных результатов

рода - на пятнадцатые сутки. Достоверные раз-

мы вычислили значения коэффициентов ОБЭ

личия по критерию 30-дневной выживаемости

при облучении мышей в разных участках кривой

результатов двух сеансов (№ 1 и № 3) выявлены

Брэгга по интегральному показателю - площади

не были, что свидетельствует о стабильности

под кривыми выживаемости животных в течение

формирования пучка ионов углерода и выгрузки

30 суток: до пика Брэгга - 0,8, в пике - 1,5, после

дозы в заданном объеме, а также корректной до-

пика - 0,7 (табл. 1). Эти значения отражают име-

зиметрии.

ющиеся представления о действии ускоренных

На рис. 5 показана динамика гибели мышей

ионов углерода на живые объекты в зависимости

после облучения ионами углерода после пика

от ЛПЭ [1,2]. При облучении до и после пика

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019

ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСКОРЕННЫХ ИОНОВ УГЛЕРОДА

1213

Рис. 4. Динамика гибели мышей после тотального облучения ионами углерода до пика Брэгга (сеанс № 1, сеанс № 3) и

рентгеновского облучения в дозе 6,5 Гр.

Брэгга значения ОБЭ значительно ниже, чем в

чении до пика - от 0,4 до 0,8. Эти данные демон-

пике. Несмотря на различия ЛПЭ частиц до и по-

стрируют, насколько существенны различия в

сле пика Брэгга в три раза, значения ОБЭ оказа-

биологических реакциях при действии ионов уг-

лись близкими, то есть ЛПЭ в данном случае не

лерода и рентгеновского излучения на разных

может являться единственным фактором, влияю-

этапах развития эффекта, что важно учитывать

щим на величину ОБЭ, здесь важен спектр обра-

при сравнении значений ОБЭ. Ранее на этом же

зующихся вторичных частиц и их энергии [20].

углеродном пучке У-70 с энергией 455 МэB/нук-

Кроме этого, были вычислены значения ОБЭ по

лон при исследовании клоногенной активности

соотношению доз для разных уровней выживае-

клеток меланомы мыши В-16 после облучения

мости мышей (табл. 2), которые изменялись при

было определено ОБЭ по уровню 10%-й выжива-

облучении в пике Брэгга от 1,6 до 2,9, а при облу-

емости клеток относительно гамма-излучения:

Рис. 5. Динамика гибели мышей после тотального облучения ионами углерода после пика Брэгга (сеанс №1, сеанс № 3)

и рентгеновского облучения в дозе 6,5 Гр.

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019

1214

ЗАИЧКИНА и др.

Рис. 6. Динамика гибели мышей после тотального облучения ионами углерода: до пика Брэгга, в пике Брэгга, после

пика Брэгга и рентгеновского облучения в дозе 6,5 ГрГр.

при облучении до пика Брэгга - 1,7, в немодифи-

пике Брэгга - 1,5, после пика Брэгга - 0,7. При

цированном пике Брэгга - 4,5 или 2,7 в отдель-

этом величина ОБЭ в пике Брэгга, вычисленная

ных экспериментах [19,20], а после пика - 2,4. По

по соотношению доз, приводящих к 50%-й гибе-

результатам оценки объемов солидной саркомы

ли животных, составила 2,9. Значения ОБЭ ионов

М-1 у крыс в течение 25 суток после локального

углерода, рассчитанные при облучении в пике

облучения в немодифицированном пике Брэгга в

Брэгга, не зависели от ширины пика. Определе-

дозах 10-12 Гр значение коэффициента ОБЭ на-

ние коэффициентов ОБЭ ионов углерода в раз-

ходилось в пределах 2,5-3,5 в зависимости от раз-

ных областях кривой Брэгга при тотальном облу-

мера опухоли на момент облучения [20]. Полу-

чении млекопитающих, которые образуют ми-

ченные нами результаты при облучении живот-

шень большого объема и сложности, является, на

ных подтверждают, насколько значение ОБЭ

наш взгляд, необходимым этапом для дальней-

зависит от объекта, дозы, модификации пика

шей адаптации исследуемого пучка ионов для те-

Брэгга, критериев регистрации повреждений, а

рапевтических целей и экстраполяции экспери-

также контрольного облучения, относительно

ментальных данных при оценке радиационного

которого высчитывается коэффициент.

риска космических экипажей от галактического

Таким образом, при изучении выживаемости

излучения. Полученные результаты будут также

мышей нами были определены коэффициенты

ОБЭ ионов углерода с энергией 450 МэB/нуклон

по отношению к воздействию рентгеновского из-

Таблица 2. Значение ОБЭ пучка ионов углерода до и в

пике Брэгга для разных уровней выживаемости жи-

лучения: при облучении до пика Брэгга - 0,8, в

вотных

До пика Брэгга

В пике Брэгга

Таблица 1. Значения ОБЭ пучка ионов углерода при

облучении в разных областях кривой Брэгга

Выживаемость,

ОБЭ

Выживаемость,

ОБЭ

Площадь под

ОБЭ по

Тип излучения

кривой,

площади

усл.ед.

под кривой

0,73

1,57

0,58

2,63

Ионы углерода до пика

271

0,8

0,40

2,90

Ионы углерода в пике

141

1,5

Ионы углерода после пика

0,7

2,84

Рентгеновское излучение

211

Среднее

0,5 ± 0,2

2,26 ± 0,5

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019

ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСКОРЕННЫХ ИОНОВ УГЛЕРОДА

1215

способствовать дальнейшему развитию физико-

6. C. P. Karger, P. Peschke, M. Scholz, et al., Int. J.

дозиметрических и радиобиологических исследо-

Radiat. Oncol. Biol. Phys. 86, 450 (2013).

ваний на установке «Радиобиологический стенд

7. H. Tsujii, T. Kamada, T. Shirai et al., Carbon-Ion Ra-

на углеродном пучке У-70».

diotherapy Principles, Practices, and Treatment Planning

(Springer, Japan, 2014).

8. B. S. Sorensen, M. R. Horsman, J. Alsner, et al., Acta

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Oncologica 54, 1623 (2015).

9. S. Koike, K. Ando, C. Oohira et al., J. Radiat. Res. 43,

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

247 (2002).

интересов.

10. Z. Wu, X.U. Wang, R. Yang, et al., Exp. Ther. Med. 5,

771 (2013).

11. C. Bao, Y. Sun, Y. Dong, Transl. Cancer Res. 7, 1, 170

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

(2018).

Все применимые международные, националь-

12. Y. Demizu, O. Fujii, H. Iwata and N. Fuwa, BioMed

ные и институциональные принципы ухода и ис-

Res. Int., 727962 (2014).

пользования животных при выполнении работы

13. J. M. Michalski, T. M. Pisansky, C. A. F. Lawton and

были соблюдены.

L. Potters, Clinical Radiation Oncology (Fourth Edi-

tion), 1038-1095.e18 (2016).

14. T. Friedrich, U. Scholz, T. Elasasser et al., J. Radiat.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Res. 54, 494 (2013).

15. D. Habermehl, K. Iliric, S. Dehne et al., PLoS ONE 9

Н. Г. Даренская, Л. Б. Кознова, И. Г. Акоев,

(12), e113591 (2014).

Г. Ф. Невская, Относительная биологическая эф-

16. Диpектива 2010/63/eu. Rus-LASA (СПб., 2012).

фективность излучений. Фактор времени облучения

(Атомиздат, М., 1968).

17. Ю. М. Антипов, Г. И. Бритвич, С.В. Иванов и др.,

Приборы и техника эксперимента 4, 107 (2015).

И. А. Гулидов, Радиационная онкология и ядерная

18. А. Н. Соловьев, А. Е. Чернуха, М. В. Трошина

медицина 1, 34 (2013).

и др., Мед. физика 4, 47 (2016).

Е. В. Хмелевский, Радиационная онкология и

19. Е. Е. Бекетов, Е. В. Исаева, М. В. Трошина и др.,

ядерная медицина 1, 28 (2013).

Радиационная биология. Радиоэкология 57 (5),

C. P. Karger and P. Peschke, Phys. Med. Biol. 63 (1),

462 (2017).

01TR02 (2018).

20. С. Е. Ульяненко, А. А. Лычагин, С. Н. Корякин

M. Durante, Br. J. Radiol. 87 (1035), 20130626 (2014).

и др., Мед. физика 1, 29 (2016).

Evaluation of Biological Efficacy of Accelerated Carbon Ions with an Energy

of 450 MeV/n on the U-70 Accelerator Using the Mouse Survival Criteria

S.I. Zaichkina*, O.M. Rozanova*, H.N. Smirnova*, A.R. Dyukina*, T.A. Belyakova**,

N.S. Strelnikova**, S.S. Sorokina*, and V.A. Pikalov***

*Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences,

Institutskaya ul. 3, Pushchino, Moscow region, 142290 Russia

**Physico-Technical Centre, Lebedev Physical Institute of Russian Academy of Sciences,

Academicheskiy proezd 2, Protvino, Moscow region, 142281 Russia

***Institute of High Energy Physics, National Research Center “Kurchatov Institute”,

pl. Nauki 1, Protvino, Moscow region, 142281 Russia

Upon irradiation of mice with a dose of 6.5 Gy in different regions of the Bragg peak, the relative biological

efficiency coefficients of carbon ion with an energy of 450 MeV/nucleon were determined using the 30-day

survival test, death dynamics and average life period of the dead mice in comparison with X-ray radiation.

The integral values of the relative biological efficiency coefficients of carbon ions during irradiation to the

Bragg peak were 0.8, in the spread-out Bragg peak - 1.5, and after the Bragg peak - 0.7. The relative biolog-

ical efficiency value in the modified Bragg peak, calculated from the dose ratio leading to 50% of animal

deaths, was 2.9. Changing the width of the modified Bragg peak did not affect the level of animal death.

Keywords: accelerated carbon ions, relative biological efficiency, survival, mice

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019