氧离子辐射对荷瘤小鼠肿瘤生长的抑制作用
作者：李文建 张晓文 郭红云 卫增泉 李强 王晓辉 颉红梅 党秉荣 张红 陈卫强 黄涛 蔡喜臣 何静 梁建平
单位：李文建 卫增泉 李强 颉红梅 党秉荣 张红 陈卫强黄涛 蔡喜臣 何静 梁建平 (兰州，中国科学院近代物理研究所 730000)；张晓文 郭红云 王晓辉 (甘肃省医学科学院)
关键词：
中华放射医学与防护杂志980612 重离子与传统的X、γ射线、中子比较，以其空间经过的正常组织电离密度(LET)小，靶肿瘤电离密度高(Bragg峰)的优势，决定了它是一种高治疗增益系数(TGF)辐射，这是重离子在肿瘤放射治疗中优于其他辐射(X、γ射线、中子)的重要标志。
重离子治疗病人于1975年7月在美国Berkeley重离子加速器上(BEVALAC)采用氖(neon)离子首先实现，之后日本于1994年6月在Chiba成功建造了一台重离子医用加速器(HIMAC)并用290MeV/u的碳离子束开展了Ⅰ—Ⅱ期的临床试验。德国GSI Darmstadt目前正在加速建造碳离子束治疗装置，预计今年可进入临床治疗[1]。在我国，“重离子治癌的基础研究”已被国家科委列入了“九五”攀登计划(B)的“核医学和放射治疗中先进技术的基础研究”中。目前，日本Chiba采用荷瘤小鼠研究重离子单次照射的治疗效果[2]，因此，本文选取了兰州重离子加速器提供的75MeV/u16O8+离子经降能单次局部照射荷瘤小鼠，研究重离子束对肿瘤的抑制作用，寻求单次照射小鼠的耐受剂量。
, 百拇医药
1 材料和方法
1.1 动物：C57BL/6J纯系小鼠，购自甘肃省医学科学研究院动物部，体重(23±2)g，均为雄性。
1.2 肿瘤模型：B16黑色素瘤小鼠由中国医学科学院肿瘤研究所放射生物室提供。将引入的肿瘤小鼠于清洁的条件下饲养1周后，在无菌条件下剥离生长良好的瘤组织，用玻璃匀浆器研磨悬液，按一定比例稀释成5.6×1010/L的瘤细胞液，每只小鼠右后肢腋部皮下接种0.2ml，于接种后12天挑选肿瘤直径约为9mm的小鼠，随机分组，准备照射。
1.3 动物分组：选取体重及肿瘤体积接近的小鼠20只，随机分为对照组和照射组，每组10只。
1.4 照射条件及治疗方案：氧离子束照射源由兰州重离子研究装置(HIRFL)产生，它的初始能量为75MeV/u，电荷态为+8，引出经3mm的有机玻璃、24μm的镍窗、空气电离室和37.2cm的空气隙后到达小鼠表面处的氧离子能量降为57.28MeV/u，它在水中的LET和射程分别为72.31keV/μm和7.07mm。为减小本底中子和γ辐射的影响，小鼠被置于铅和石蜡做成的屏蔽小室内，小室前方开有直径为12mm、长为16cm的准直孔，束流通过准直孔可直接照到小鼠的肿瘤部位。小鼠按受照射时，用特制的有机玻璃鼠盒将其固定，在清醒状态下，对肿瘤局部一次性照射50Gy，剂量率为3Gy/min。
, 百拇医药
1.5 观察指标：照射处理后，每2天逐一测量每只小鼠肿瘤的最大垂直高度、长、宽直径，按V=长×宽×高/2计算肿瘤体积[3]。
1.5.1 肿瘤抑制率：对照组肿瘤体积减照射组肿瘤体积/对照组肿瘤体积。
1.5.2 肿瘤生长延迟天数：当肿瘤相对生长速度[(Vt/V0)，即测量时的肿瘤体积(Vt)与处理前原初体积(V0)的比值]为一定值时，照射组所需的天数与对照组所需天数的差值。
2 结果
2.1 肿瘤体积的变化
图1比较了照射组与对照组肿瘤体积的变化。结果表明，自照射后第2天开始，照射组的肿瘤体积比对照组明显变小，而且，随着照后时间的延长，两者肿瘤体积的差值越来越大。辐照处理后第8天，照射组肿瘤生长趋于平缓，而对照组显示出快速生长趋势。
, 百拇医药
图1 57.28MeV/u 16O离子50Gy
照射B16黑色素瘤的生长曲线
2.2 肿瘤抑制率
图2显示了辐照处理后肿瘤抑制率的时间效应关系。结果表明，肿瘤抑制率随饲养时间呈高度的正相关性(r=0.99)，肿瘤抑制率在辐照后第10天达到66%。
图2 肿瘤抑制率随照射后时间的变化
2.3 肿瘤生长延迟
表1显示了肿瘤相对生长速度与时间的关系。从表1可知，照射组肿瘤长到10天时与对照组的第4天相近，因此，肿瘤生长延迟天数为6天。
, 百拇医药
表1 B16黑色素肿瘤相对生长速度与时间的关系 辐射后的时间
(d)
相对生长速度(Vt/V0)
对照组
照射组
0
1.0
1.0
2
2.8
2.5
4
, http://www.100md.com
4.3
3.1
6
5.8
4.0
8
8.6
4.6
10
13.0
4.4
3 讨论
本实验从肿瘤体积、肿瘤抑制率、肿瘤生长延迟等几个方面研究了受照肿瘤的重离子效应。实验结果表明，重离子对小鼠肿瘤局部照射有明显效果，在处理后观察的10天内，肿瘤生长速度减慢，肿瘤生长延迟，肿瘤抑制率随时间而增加。
, 百拇医药
在本实验中，发现照射组小鼠长到第8天测量时，已有2只死亡；到第10天测量时，死亡数为5只。提示荷瘤小鼠局部一次性照射的剂量必须控制在50Gy以下。
根据肿瘤生长延迟天数计算的定义，在肿瘤体积长到原来体积的4.3倍时，照射组的肿瘤体积对应的天数为7天和10天两个值，前者反映了肿瘤仍在生长，而后者反映了肿瘤有收缩趋势。本文选取后者作为肿瘤生长延迟天数的计算或许要比前者更能反映的真实情况。
从照射组小鼠肿瘤生长情况可知，第10天的瘤体积要比第8天小，即从第8天瘤体开始出现萎缩，这正是我们所希望的。然而，10天后瘤体是继续萎缩还是在某一时间后出现增长呢?有待今后继续研究观察。
本课题为国家科委“九五”攀登计划(B)资助项目
参考文献
1 Raju MR.Particle radiotherapy:historical developments and current status.Radiat Res,1996,145:391.
2 Sachiko K,Chen Yujan,Koichi A,et al.Growth inhibition and cure of experimental tumors after single doses of carbon-12.GSI-Report,1995,10:156.
3 赵芳，孟祥顺，赵岚，等.口服胸腺素对荷瘤小鼠肿瘤生长的抑制作用.辐射研究与辐射工艺学报，1996，14(3)：177.
(收稿：1997-09-29 修回：1998-04-16), 百拇医药
单位：李文建 卫增泉 李强 颉红梅 党秉荣 张红 陈卫强黄涛 蔡喜臣 何静 梁建平 (兰州，中国科学院近代物理研究所 730000)；张晓文 郭红云 王晓辉 (甘肃省医学科学院)
关键词：
中华放射医学与防护杂志980612 重离子与传统的X、γ射线、中子比较，以其空间经过的正常组织电离密度(LET)小，靶肿瘤电离密度高(Bragg峰)的优势，决定了它是一种高治疗增益系数(TGF)辐射，这是重离子在肿瘤放射治疗中优于其他辐射(X、γ射线、中子)的重要标志。
重离子治疗病人于1975年7月在美国Berkeley重离子加速器上(BEVALAC)采用氖(neon)离子首先实现，之后日本于1994年6月在Chiba成功建造了一台重离子医用加速器(HIMAC)并用290MeV/u的碳离子束开展了Ⅰ—Ⅱ期的临床试验。德国GSI Darmstadt目前正在加速建造碳离子束治疗装置，预计今年可进入临床治疗[1]。在我国，“重离子治癌的基础研究”已被国家科委列入了“九五”攀登计划(B)的“核医学和放射治疗中先进技术的基础研究”中。目前，日本Chiba采用荷瘤小鼠研究重离子单次照射的治疗效果[2]，因此，本文选取了兰州重离子加速器提供的75MeV/u16O8+离子经降能单次局部照射荷瘤小鼠，研究重离子束对肿瘤的抑制作用，寻求单次照射小鼠的耐受剂量。
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1 材料和方法
1.1 动物：C57BL/6J纯系小鼠，购自甘肃省医学科学研究院动物部，体重(23±2)g，均为雄性。
1.2 肿瘤模型：B16黑色素瘤小鼠由中国医学科学院肿瘤研究所放射生物室提供。将引入的肿瘤小鼠于清洁的条件下饲养1周后，在无菌条件下剥离生长良好的瘤组织，用玻璃匀浆器研磨悬液，按一定比例稀释成5.6×1010/L的瘤细胞液，每只小鼠右后肢腋部皮下接种0.2ml，于接种后12天挑选肿瘤直径约为9mm的小鼠，随机分组，准备照射。
1.3 动物分组：选取体重及肿瘤体积接近的小鼠20只，随机分为对照组和照射组，每组10只。
1.4 照射条件及治疗方案：氧离子束照射源由兰州重离子研究装置(HIRFL)产生，它的初始能量为75MeV/u，电荷态为+8，引出经3mm的有机玻璃、24μm的镍窗、空气电离室和37.2cm的空气隙后到达小鼠表面处的氧离子能量降为57.28MeV/u，它在水中的LET和射程分别为72.31keV/μm和7.07mm。为减小本底中子和γ辐射的影响，小鼠被置于铅和石蜡做成的屏蔽小室内，小室前方开有直径为12mm、长为16cm的准直孔，束流通过准直孔可直接照到小鼠的肿瘤部位。小鼠按受照射时，用特制的有机玻璃鼠盒将其固定，在清醒状态下，对肿瘤局部一次性照射50Gy，剂量率为3Gy/min。
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1.5 观察指标：照射处理后，每2天逐一测量每只小鼠肿瘤的最大垂直高度、长、宽直径，按V=长×宽×高/2计算肿瘤体积[3]。
1.5.1 肿瘤抑制率：对照组肿瘤体积减照射组肿瘤体积/对照组肿瘤体积。
1.5.2 肿瘤生长延迟天数：当肿瘤相对生长速度[(Vt/V0)，即测量时的肿瘤体积(Vt)与处理前原初体积(V0)的比值]为一定值时，照射组所需的天数与对照组所需天数的差值。
2 结果
2.1 肿瘤体积的变化
图1比较了照射组与对照组肿瘤体积的变化。结果表明，自照射后第2天开始，照射组的肿瘤体积比对照组明显变小，而且，随着照后时间的延长，两者肿瘤体积的差值越来越大。辐照处理后第8天，照射组肿瘤生长趋于平缓，而对照组显示出快速生长趋势。
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图1 57.28MeV/u 16O离子50Gy
照射B16黑色素瘤的生长曲线
2.2 肿瘤抑制率
图2显示了辐照处理后肿瘤抑制率的时间效应关系。结果表明，肿瘤抑制率随饲养时间呈高度的正相关性(r=0.99)，肿瘤抑制率在辐照后第10天达到66%。
图2 肿瘤抑制率随照射后时间的变化
2.3 肿瘤生长延迟
表1显示了肿瘤相对生长速度与时间的关系。从表1可知，照射组肿瘤长到10天时与对照组的第4天相近，因此，肿瘤生长延迟天数为6天。
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表1 B16黑色素肿瘤相对生长速度与时间的关系 辐射后的时间
(d)
相对生长速度(Vt/V0)
对照组
照射组
0
1.0
1.0
2
2.8
2.5
4
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4.3
3.1
6
5.8
4.0
8
8.6
4.6
10
13.0
4.4
3 讨论
本实验从肿瘤体积、肿瘤抑制率、肿瘤生长延迟等几个方面研究了受照肿瘤的重离子效应。实验结果表明，重离子对小鼠肿瘤局部照射有明显效果，在处理后观察的10天内，肿瘤生长速度减慢，肿瘤生长延迟，肿瘤抑制率随时间而增加。
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在本实验中，发现照射组小鼠长到第8天测量时，已有2只死亡；到第10天测量时，死亡数为5只。提示荷瘤小鼠局部一次性照射的剂量必须控制在50Gy以下。
根据肿瘤生长延迟天数计算的定义，在肿瘤体积长到原来体积的4.3倍时，照射组的肿瘤体积对应的天数为7天和10天两个值，前者反映了肿瘤仍在生长，而后者反映了肿瘤有收缩趋势。本文选取后者作为肿瘤生长延迟天数的计算或许要比前者更能反映的真实情况。
从照射组小鼠肿瘤生长情况可知，第10天的瘤体积要比第8天小，即从第8天瘤体开始出现萎缩，这正是我们所希望的。然而，10天后瘤体是继续萎缩还是在某一时间后出现增长呢?有待今后继续研究观察。
本课题为国家科委“九五”攀登计划(B)资助项目
参考文献
1 Raju MR.Particle radiotherapy:historical developments and current status.Radiat Res,1996,145:391.
2 Sachiko K,Chen Yujan,Koichi A,et al.Growth inhibition and cure of experimental tumors after single doses of carbon-12.GSI-Report,1995,10:156.
3 赵芳，孟祥顺，赵岚，等.口服胸腺素对荷瘤小鼠肿瘤生长的抑制作用.辐射研究与辐射工艺学报，1996，14(3)：177.
(收稿：1997-09-29 修回：1998-04-16), 百拇医药