基于Geant4-DNA模拟质子辐照线虫DNA链损伤的生物效应研究

作     者：季涛涛 李桃生 余威悦 徐照 Ji Taotao;Li Taosheng;Yu Weiyue;Xu Zhao

作者机构：中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院合肥230026 安徽医科大学基础医学院核医学教研室合肥230032 

出 版 物：《中华放射医学与防护杂志》 (Chinese Journal of Radiological Medicine and Protection)

年 卷 期：2024年第44卷第7期

页      面：562-570页

核心收录：

学科分类：071011[理学-生物物理学] 0710[理学-生物学] 07[理学] 

主　　题：Geant4-DNA 线虫 质子 DNA双链断裂 相对生物效能 

摘      要：目的使用Geant4-DNA工具包计算质子致线虫生殖细胞的DNA损伤产额及相对生物效能(RBE)值,探究质子辐照线虫的生物效应。方法使用Geant4-DNA工具包中希尔伯特曲线构建直径为20μm的线虫生殖细胞DNA模型;模拟100、50、20、5和2 MeV的质子辐射造成的DNA损伤,获得不同的物理构造函数、能量阈值(ET)模型和自由基清除距离与DNA双链断裂产额(YDSBs)的关系,并与生物学实验数据(20 MeV质子)进行对比验证。计算不同能量质子诱导DNA损伤的具体类型以及基于RBE_(DSB)数学模型的质子RBE_(DSB)值。结果在不同的物理构造函数、ET模型以及自由基清除距离3个参数下,质子诱导的DNA损伤分析结果表明,当选取构造函数2时,质子诱导的YDSBs最低,构造函数4和构造函数6诱导的YDSBs相差不大;随着单能ET的增加,质子诱导的YDSBs在逐渐降低;当自由基清除距离越长时,质子诱导的YDSBs越高。与生物实验数据对比结果表明,选取构造函数4、21.25 eV的单能ET模型以及9 nm的自由基清除距离时,其模拟结果与相关实验数据最接近,两者相差约8.3%。质子的RBE_(DSB)计算结果表明,其值在1.02~1.85范围内变化,质子能量越低,RBE_(DSB)越高。结论基于Geant4-DNA模拟质子诱导线虫的YDSBs与相关分子生物学检测结果吻合较好,为理解和预测质子辐射诱导的生物效应提供了重要手段。