基于Geant4-DNA模拟质子辐照线虫DNA链损伤的生物效应研究

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。

基于微剂量学的钆中子俘获治疗释放低能电子相对生物效应计算

目的基于微剂量学方法计算钆中子俘获治疗(157GdNCT)中释放低能电子的相对生物效应(RBE)值。方法使用蒙特卡罗(MC)程序Geant4-DNA包模拟钆中子俘获治疗中释放的低能电子在不同敏感靶标体积和物理模型中径迹结构的能量沉积分布情况及微剂量学参数,并基于微剂量动力学模型(MKM)获取其RBE值。结果低能电子RBE值在不同的敏感靶标体积下差异性较大,且随着敏感靶标体积增大而减小。以敏感靶标直径6 nm的RBE值1.77为参考,敏感靶标直径10 nm的RBE值1.53,相比于6 nm的差异百分比为13%,而直径15 nm的RBE值1.40,相比于6 nm的差异百分比高达21%。不同Geant4-DNA物理模型对低能电子RBE影响较小。以物理模型option2的RBE值1.53作为参考,option6和option7的RBE值分别为1.49和1.52,相比于option2的差异百分比分别为2.6%和0.6%。结论利用MKM计算157GdNCT释放低能电子在不同敏感靶标体积及物理模型下的RBE值为1.40~1.77。