Архив номеров
Первичная оценка радиобиологического ответа на облучение ускоренными ионами углерода in silico и in vivo
DOI: 10.21870/0131-3878-2025-34-3-131-145
Кизилова Я.В.1, Корякин С.Н.1,2, Хозяшева Т.С.1, Колесникова Т.В.1, Трошина М.В.1,3, Пикалов В.А.4, Лычагин А.А.1, Минаева Н.Г.1, Соловьев А.Н.1,2
«Радиация и риск». 2025. Том 34. № 3, с.131-145
Сведения об авторах
Кизилова Я.В. – науч. сотр. Контакты: 249035, Калужская обл., Обнинск, ул. Королёва, 4. Тел.: +7(484) 399-32-97 доб. 7391; e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. .
Корякин С.Н. – зав. отд., к.б.н. Хозяшева Т.С. – лаборант Колесникова Т.В. – лаборант Трошина М.В. – науч. сотр. Лычагин А.А. – ст. науч. сотр., к.ф.-м.н. Минаева Н.Г. – вед. науч. сотр., к.б.н. Соловьев А.Н. – зав. лаб., к.ф.-м.н. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России. Пикалов В.А. – зав. лаб. НИЦ «Курчатовский институт» – ИФВЭ. 1 МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, Обнинск2 Обнинский институт атомной энергетики ‒ филиал ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Обнинск
3 ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы», Москва
4 ФГБУ «Институт физики высоких энергий имени А.А. Логунова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», Протвино
Аннотация
В представленной работе исследуются вопросы радиобиологической эффективности облучения ионами углерода, получаемыми на ускорительном комплексе У-70. Особое внимание уделено комплексному подходу, сочетающему расчётные (in silico) методы на базе ранее разработанного программного обеспечения и экспериментальные исследования (in vivo) на лабораторных животных с перевиваемыми опухолями. Такой подход позволяет уточнить пространственно-энергетические характеристики пучка ускоренных ионов, установить оптимальные условия формирования пика Брэгга, а также оценить влияние вторичных частиц на итоговый радиобиологический эффект. Целью исследования являлось проведение комплексной оценки относительной биологической эффективности ионного пучка. Оценка выполнялась на основании экспериментально измеренных поглощённых доз и прямого наблюдения динамики роста опухоли после облучения, с использованием специально разработанных математических и программных средств для валидации и прогнозирования спектра излучения и характеристик линейной передачи энергии. Оценку поглощённых доз в экспериментальных исследованиях проводили с помощью ионизационных камер, размещаемых в оснастке для позиционирования объектов. После облучения, проводимого на 12 сутки после имплантации опухоли саркомы М-1, осуществляли серии наблюдений за динамикой роста опухолей у крыс на протяжении 25 сут. Результаты продемонстрировали высокий уровень радиобиологического ответа при облучении ионами углерода, что, в первую очередь, обусловлено повышенной линейной плот-ностью ионизации и интенсивным формированием кластерных повреждений ДНК. В экспериментах также была подтверждена важность строгого дозиметрического контроля и корректного учёта индивидуальных особенностей организмов при анализе терапевтического эффекта. Таким образом, интеграция моделирования и экспериментов in vivo в рамках комплексного подхода обеспечивает более глубокое понимание механизмов взаимодействия тяжёлых ионов с биологическими объектами, повышает точность прогнозирования эффективности лечения и формирует основу для дальнейшей оптимизации протоколов ионной терапии в онкологии.
Ключевые слова
радиация, углеродная терапия, крысы, саркома М-1, радиобиологический ответ, лучевая терапия, математическое моделирование, биологическая доза, дозиметрия, поглощённая доза, У-70, обработка изображений, программное обеспечение
Список цитируемой литературы
1. Antipov Yu.M., Britvich G.I., Ivanov S.V., Kalinin V.I., Lebedev O.P., Lyudmirskii E.A., Maksimov A.V., Minchenko A.V., Soldatov A.P., Khitev G.V. Slow extraction of a carbon-nuclei beam from U-70 synchrotron //Instrum. Exp. Tech. 2021. V. 64, N 3. P. 343-351.
2. Antipov Yu.M., Britvich G.I., Ivanov S.V., Kostin M.Yu., Lebedev O.P., Lyudmirskii E.A., Maksimov A.V., Pikalov V.A., Soldatov A.P., Khitev G.V., Ul’yanenko S.E., Lychagin A.A., Isaeva E.V., Beketov E.E., Troshina M.V. Transversally-flat dose field formation and primary radiobiological exercises with the carbon beam extracted from the U-70 synchrotron //Instrum. Exp. Tech. 2015. V. 58, N 4. P. 552-561.
3. Pikalov V.A., Antipov Yu.M. Experimental facility “Radiobiological Test Setup on Accelerator U-70” as Centers for Collective Use (CCU) //Proceeding of 26th Russian Particle Accelerator Conference (RuPAC’18), October 1-5, 2018. Protvino: IHEP, 2018. P. 253-255.
4. Корякина Е.В., Потетня В.И., Трошина М.В., Ефимова М.Н., Байкузина Р.М., Корякин С.Н., Лычагин А.А., Пикалов В.А., Ульяненко С.Е. Сравнение биологической эффективности ускоренных ионов углерода и тяжёлых ядер отдачи на клетках китайского хомячка //Радиация и риск. 2019. Т. 28, № 3. С. 96-106.
5. Бекетов Е.Е., Исаева Е.В., Трошина М.В., Лычагин А.А., Соловьёв А.Н., Корякин С.Н., Ульяненко С.Е., Малахов Е.П., Ульяненко Л.Н., Костин М.Ю., Пикалов В.А., Антипов Ю.М., Солдатов А.П. Резуль-таты предварительных исследований биологической эффективности пучка ионов углерода ускорителя У-70 //Радиационная биология. Радиоэкология. 2017. Т. 57, № 5. С. 462-470.
6. Алексеев А.Г., Пикалов В.А., Кирюхин О.В. Использование термолюминесцентных детекторов для дозиметрии в пучке ядер углерода //Медицинская физика. 2018. Т. 77, № 1. С. 11-12.
7. Заичкина С.И., Розанова О.М., Смирнова Е.Н., Дюкина А.Р., Белякова Т.А., Стрельникова Н.С., Сорокина С.С., Пикалов В.А. Оценка биологической эффективности ускоренных ионов углерода с энергией 450 МэВ/нуклон в ускорительном комплексе У-70 по критерию выживаемости мышей //Биофизика. 2019. Т. 64, № 6. С. 1208-1215.
8. Azhgirey I.L., Bayshev I.S., Kurochkin I.A., Pikalov V.A., Sumaneev O.V., Lukanin V.S. Neutron monitors for high energy accelerators //Proceeding of 26th Russian Particle Accelerator Conference (RuPAC’18), October 1-5, 2018. Protvino: IHEP, 2018. P. 224-226.
9. Соловьёв А.Н., Чернуха А.Е., Трошина М.В., Лычагин А.А., Пикалов В.А., Харлов В.И., Ульяненко С.Е. Разработка средств пассивной модификации пучка ионов углерода ускорительного комплекса У-70 для радиобиологических исследований //Медицинская физика. 2016. Т. 72, № 4. С. 47-54.
10. Solovev A., Troshina M., Pikalov V., Saburov V., Chernukha A., Moiseev A., Koryakina E., Potetnya V., Koryakin S., Soldatov A., Kaprin A. In vitro modified microdosimetric kinetic model-based predictions for B14-150 cells survival in 450 MeV/u carbon ion beam with aluminum ridge filter for biologically optimized spread-out Bragg peak //Biomed. Phys. Eng. Express. 2022. V. 8, N 3. P. 035030. DOI: 10.1088/2057-1976/ac414f.
11. Troshina M.V., Koryakina E.V., Potetnya V.I., Solov’ev A.N., Saburov V.O., Lychagin A.A., Ivanov S.A., Kaprin A.D., Koryakin S.N. Biological response of Chinese hamster B14-150 cells to sequential combined exposure to protons and 12C ions //Bull. Exp. Biol. Med. 2023. V. 176, N 1. P. 38-41.
12. Matchuk O.N., Selivanova E.I., Yakimova A.O., Saburov V.O., Solov’ev A.N., Troshina M.V., Litun E.V., Koryakin S.N., Pikalov V.A., Abramova M.R., Ivanov S.A., Zamulaeva I.A. Effects of combined exposure to carbon ions and protons on the pool of MCF-7 breast cancer stem cells in vitro //Bull. Exp. Biol. Med. 2023. V. 176, N 1. P. 82-86.
13. Соловьев А.Н., Кизилова Я.В., Казаков Е.И., Корякин С.Н. Комплекс программно-вычислительных средств моделирования терапевтических величин поглощённых доз в задачах лучевой терапии //Russian Technological Journal. 2025. Т. 13, № 4. С. 7-24.
Полная версия статьи