生物效应cell_survival_curves

细胞生存曲线细胞死亡一个细胞有能力无限增殖并由单一细胞形成一个大菌落称为「可形成群落的」。肿瘤细胞可以在细胞培养液中无限制的生长。正常细胞必须通过转变才能在培养液中无限制生长。对于生长在培养液中的细胞，持续生长能力的丧失被称为生殖死亡。经过辐照以后，细胞或许仍然保持完好状态，能够生成蛋白质，合成新的DNA，甚至能进行一两次细胞分裂。但如果它丧失了无限生殖的能力，细胞就被认为已经死亡。很高的辐照剂量（10000rad或100Gy）能够使全部细胞功能崩溃。比较而言，导致丧失生殖能力的平均致死剂量通常小于2Gy。图像已删图3.1Hall，EricJ著放射线研究人员的放射生物学第五版费城PA：LippincottWilliams&Wilkins,2000可形成菌落的存活分析：z从一个活性生长体轻轻刮下来或利用胰岛素获得细胞z单位体积内细胞数量通过手工决定（血球计）或电子方法决定（库尔特计数器）z把已知数目的细胞放在干净的盘子里。若细胞培养1-2周，可形成菌落的细胞会形成巨观上可见到的菌落能被固定、染色与计数。z必非每个细胞作种将能形成一个菌落，即使未经过照射，由于一些因素如计数时算错、操作错误、生长基质并非最佳等等。植盘率(PE)定义为观察到菌落的数目∕放入盘中的细胞数目。zPE＝观察到的群落数/培育的细胞数z一排培育细胞的盘子接受的辐射剂量不断递增。为了得到易于计数的群落数，培育的细胞数也不断递增。存活分率（Survivingfraction，SF）定义为计数得到的菌落数除以经培育效率因子修正后的培育细胞数。zSF＝计数得到的群落数/（培育的细胞数×PE/100）图像已删Hall书中图3.2÷细胞存活曲线细胞存活数据一般绘制成存活分率vs.剂量的对数图。为了比较这些曲线，利用致命性机制的假设模型可以很方便地用数学的办法来描述它们。对于细胞生存曲线形状的理解还有争论，数学上如何最好的去拟合这些数据也同样存在争论。图像已删TurnerJ.E.著原子，辐射，和辐射防护，第二版纽约：Wiley－Interscience，1995两种基本的细胞生存曲线直线的（指数的）或曲线的放射敏感性和细胞周期图像已删Hall书中图4.11细胞周期时间举例：细胞周期阶段CHO仓鼠HeLa人类TC1124TM11TS68TG134TG2111图像已删Turner书中图1.5靶原理靶原理起源于实验剂量响应曲线的研究工作。这里假设每次“击中”导致一个“失活”，即单击单靶模型。z每个细胞有一个单靶。z靶的失活将杀死细胞。线性生存曲线利用高LET射线对细胞进行辐射产生线性生存曲线。生存份额S和剂量D之间的关系为：这里：S是生存下来的细胞数，－α是斜率，D是输送的辐射剂量。这个关系式通常表示为：，此处定义D0＝1/α。当D＝D0时，图像已删泊松分布击中几率的计算按照泊松统计公式进行，n事件的概率由下式给出：这里：x＝事件平均数，n＝某种特定事件数。如果假设每次击中导致一个细胞失活，那么细胞生存几率就是未被击中的几率，P（0）。按照泊松关系式，当x＝1，n＝0时，因此，D0经常被称为平均致死剂量，或者平均情况下每个靶一次致死事件的剂量。指数剂量响应关系在某些特定情况下发现z特定敏感细胞类型（例如，咳血干细胞）z在M和G2中同步的群体z利用高LET射线进行辐射***有肩部的细胞存活曲线对于大多数暴露在低LET辐射下的哺乳动物细胞的生存曲线表现出了一些曲度。在初期的低剂量区比高剂量区单位剂量产生较少的失活区被称为肩部。通常高剂量区趋向于直线。参数D0可以用来描述曲线的这一区域的放射线敏感度的特性。将曲线的端部直线部分外推倒坐标轴得到坐标值n，称为外推数。在曲线的肩部，被给定剂量的辐射杀死的细胞份额随着给定的剂量增加而增加。有两种可能的解释：z细胞死亡源于个别无法杀死细胞的事件之累积，当加成在一起变得致命(靶模式)z单个损害是可修复的。如果酶修复效率机制由于多次损害以及剂量（修复模型）等因素而丧失，这些损害就变得不可修复了。图像已删Alpen，E.L.著辐射生物物理学，第二版圣迭戈，加州：AcademicPress,1998。线性－二次模型（双成分模型）线性－二次模型从两个相近的公式发展而来，这两个公式都来源于靶理论。双辐射作用理论z来自细胞失活的损伤是由亚损伤的相互作用引起的。z至少两个亚损伤才能引起细胞失活。z亚损伤可以由一两条辐射径迹穿过而产生单径迹行为双径迹行为细胞失活的分子理论（Chadwick和Leenhouts，1981）z细胞失活由不可修复的DNA双线破裂引起。z低LET时，一个dsb产生于一个单事件（线性成分）或两个分立事件（二次成分）。z另外的途径，细胞失活由染色体崎变引起。z一些崎变产生一个单事件。z一些崎变产生两个分立事件。图像已删染色体损伤的观测结果产生了一个假设：由于DNA有两条线，必须有两个事件去破坏一条DNA线。线性-二次模型线性-二次模型假设一个细胞通过两种方式被杀死。z单次致命事件z亚致命事件的累积图像已删如果这些细胞死亡方式是相互独立的，这里，S1是单事件杀死或，Sn是双事件杀死，可以描述为。一般表达式为：S是辐射剂量D下生存细胞的份额，α和β是常数。图像已删Hall书中图3.6线性-二次模型图像已删Hall书中图3.3线性-二次细胞生存曲线中有用的参数：zD1，初始斜率，由于单事件杀死，把生存几率降到37％的剂量。zD0，最终斜率，解释为多事件杀死，在曲线的线性部分上任一点，将生存几率降到67％的剂量。z一些数字来描述肩部的宽度。最终斜率D0的外推到Y轴得到外推数n。n值越大，生存曲线上肩部就越大。线性生存曲线容易理解。肩部的弯曲人们还在认识理解过程中。修复确定存在于…过程中标准分裂剂量实验，Elkind和Sutton，1959低LET辐射下的双剂量图像已删Alpen书中图8.3高LET后紧随的低LET图像已删Alpen书中图8.4低LET后紧随的高LET图像已删Alpen书中图8.5