超近距离辐射效应实验分析
作者：钱晓军 杨仁杰 汪幼梅
单位：钱晓军(北京医科大学临床肿瘤学院，北京市肿瘤防治研究所介入治疗科 北京市 100036)；杨仁杰(朝阳医学放射科)；汪幼梅(中国原子能科学研究院同位素研究所放射源制备应用研究室)
关键词：近距离放疗；辐射效应；放射性支架
摘要 目的
摘要 目的：进行60钴外照射和192铱低剂量率超近距离照射辐射效应的比较，以评估放射性支架的可行性。方法：选用EC109细胞系作为研究对象，分别用60钴外照射和192铱超近距离照射，通过观测集落形成率描绘出辐射效应曲线，比较在同等剂量下二者辐射效应的差别。并观察同等累积剂量下，不同强度192铱源照射的辐射效应。用100cGy、400cGy照射后的细胞接种于裸鼠股部，观察移植瘤生长情况。结果：二者辐射效应曲线基本符合二次线性数学模型。在相同累积剂量下，60钴外照射比192铱超近距离照射杀伤力强。在192铱源照射相同累积剂量时，辐射效应相差不大，无显著性差异。观察裸鼠移植瘤生长，处死时体积和重量存在差异，60钴比192铱作用大，但不显著。结论：低剂量率近距离照射与外照射相比，具有相似的辐射效应。从疗效角度考虑，放射性支架具有将放疗和支架置入姑息疗法结合的可能性，为食管癌治疗提供新的治疗方法。
, http://www.100md.com
PRIMARY STUDY OF RADIOACTIVE STENT
Qian Xiaojun Yang Renjie Wang Youmei
(Department of Interventional Therapy Oncology Medical school of Beijing Medical University 100036)
Abstract Objective：To study dose response irradiated by 192Ir as bra chytherapy versus 60Co as routing radiotherapy,and try to evaluate the fea sibility of radioactive stent.METHOD:We study EC109 cell line exposed under γ-ray from two sources:60Co and 192Ir.Dose-r esponse curves for clonogenic survival were determined following irradiation at five doses:50、100、200、400、800cGy.We also observw EC109 cell's clonogenic sur vival rate under the same total doses,irradiated by 192Ir at different dose rate(raged from 1.924 to 44.25cGy/h).And cells irradiated at doses of 100、400cGy were implanted to bare mice,observe the size and weight of the implanted tumors when mice were killed at 21days after implanted.The distance of source-target is 5mm irradiated by 192Ir were not so heavy as those irradiated by 60Co,the clonogenic survival is higher,and tumors grew larger,no value.While irradiated by 192Ir,under the same total doses,effect show no relationship with dose rate,the total doses makes the point.CONCLUSION:Irradiat ion from 5mm by 192Ir show less effect on EC109 cell line under the same d ose compared with irradiation at 75cm by 60Co.At dose rate range from 1.924～44.252cGy/h,effect show no relation with dose rate.We suppose to bind 192 Ir with stent treating esophageal malignant stricture,to give palliative treat ment and local control.This will be feasible and curative,but with a long distan ce to clinic trial for more evidence.
, 百拇医药
Key workds：Dose-response curve,Brachytherapy,Radioactive stent
食管癌患者发生吞咽困难时，已属中晚期，手术治常较困难。支架留置术以 缓解症状[1～3]，而且放射治疗如腔内放疗或与外照射结合对食管癌亦具有较高的 近期控制作用[4，5]。为此，我们提出将放射性同位素和支架捆绑在一起，制作成 放射性支架，拟在支架留置同时，进行低剂量率腔内治疗。为了评估放射性支架可行性，采 用60钴外照射与192铱超近距离辐射进行效应比较，现报告如下。
1 材料与方法
EC109细胞系由北京市肿瘤防治研究所遗传室提供。裸鼠由北京市肿瘤防治研究所动物室提 供。
60钴照射效应实验：生长对数期细胞分别以100、100、200、500、1000、2000个/每 瓶接种在6孔培养板中，源距75cm，剂量率为2 250cGy/h，分别给予0、50、100、200、400 、800cGy照射，照射后立即换液，14天后计数克隆形成率。计算存活率，描绘辐射效应曲线 。
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192铱照射效应实验：铱丝固定在铅盒中，对数生长期细胞放置在铅盒中铱丝上面， 铱丝的活度分别为0.1、1.2、2.3mCi，以距离铱源5mm处剂量率为标准，累积照射剂量为50 、100、200、400、800cGy后，14天后计算克隆形成率，计算存活率，描绘效应曲线。以不 同活度相同累积剂量100、200、400cGy照射细胞，14天后计算克隆形成率。
移植瘤生长实验：分A、B两组，用对数生长期细胞分别接受60钴、192铱累积 剂量为100cGy、400cGy的照射后，以106个细胞每只接种于鼠股部，每周观察2次，3周后 处死，测量体积和重量。
数据处理采用计算机模型处理分析。
2 结果
60钴和192铱照射后细胞克隆形成率如表1，各效应曲线分别见图1，2。19 2铱和60钴照射后的效应曲线基本符合一元二次方数学模型。相同累积剂量组效应 比较60钴的杀伤作用比192铱强，无显著性差异(8Gy组除外)。
, 百拇医药
不同强度192铱源在累积剂量100cGy、200cGy、400cGy时，生物效应的比较见图3，p 分别为0.183、0.620、0.275，没有显著性差异。剂量率低的生物效应稍差，但可以通过延 长照射时间、增加累积剂量以达到相同的效果。
移植瘤生长情况见表2，在相同累积剂量下，192铱的杀伤能力不如60钴，方差 分析见表3，没有显著性差异。
图1 60钴照射组辐射细胞效应曲线
, http://www.100md.com
图2 192铱照射组辐射细胞效应曲线
图3 不同强度相同累积剂量的生物效应比较直方图
表1 60Co与192Ir辐射效应的存活率比较[ WT〗
分 组
剂量(Gy)
单因素方差分析
0
0.5
, http://www.100md.com
1
2
4
8
P值
60钴辐射组
1.0082
0.9185
0 .8333
0.6902
0.3337
0.0473
3.3E-22
, http://www.100md.com
192铱辐射组
1.0091
0.9663
0.9422
0.6575
0.3980
0.1099
1.15E-17
P值
0.3846
0.1824
0.0459
, http://www.100md.com
0.1949
0.1046
0.0070
表2 移植瘤生长情况
分组
剂量(cGy)
肉眼观察
最早出现的天数
处死时(21天)大小
总量(g)
对照组
O1
, 百拇医药 O2
O3
0
0
0
14
14
14
8×6×3mm
15×8×4mm由6个小结
节构成，大腿内侧可见一
小转移结节6×6×2mm
大小
, http://www.100md.com
15×11 ×7mm
0.1097
0.3494
0.3776
实验组
A1
A2
A3
A4
A5
A6
100
100
, http://www.100md.com
100
400
400
400
14
14
14
未见
未见
未见
12×9×4mm
14×10×5mm
8×4×3mm
, 百拇医药
0
0
0
0.1554
0.2526
0.0586
0.0000
0.0000
0.0000
B1
B2
B3
B4
, 百拇医药
B5
B6
100
100
100
400
400
400
1 4
14
14
18
18
, 百拇医药 未见
10×8×4mm
9×9×4mm
15×10×5mm
10×9×4mm ，内侧转移
结节2×3×3mm
8×6×3mm
0
0.1155
0.1850
0.2912
0.2088
, 百拇医药
0.0675
0.0000
A组为60钴照射后的细胞移植的裸鼠组
B组为192铱照射后的细胞移植的裸鼠组表3 两组移植瘤比较t检验(p值)
剂量
重量比较
体积比较
100cGy
0.7058
0.8743
400cGy
, 百拇医药
0.2730
0.2549
3 讨论
192铱源是一种人工放射性同位素，其能谱比较复杂，γ射线的平均能量为0.35MeV。 由于192铱的γ射线能量范围使其在水中的指数衰减率恰发被散射建成所补偿，在距 离5cm范围内任一点的剂量率与距离平方的乘积近似不变。192铱半衰期为74.2天，治 疗源可以制成丝状体，柔软易扭，易于适应不同解剖部位的轮廓，现已成为后装插植的主要 γ射线源【6】。
体外培养细胞存活曲线是研究细胞辐射效应的一个重要工具，本实验采用集落形成法，以细 胞克隆形成率来表示受照射后细胞存活能力，基本上能反映出受照射细胞的损伤程度。同时 我们还采用了裸鼠移植瘤生长能力来反映照射后细胞生存能力。
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本实验采用192铱和60钴两种放射源照射EC109细胞株来比拟临床体内、外照射 。放射性铱丝放置在铅盒内刻槽中，在铅盒中形成不均匀辐射场，各点剂量率不等，累积剂 量不同；而60钴照射在放射治疗机下完成，源距为75cm，培养瓶或培养板置入照射野 范围内，在误差允许下，所受剂量大致均匀。基本上和临床治疗时所形成的辐射场相似。
本实验结果显示，相同累积剂量下，192铱的辐射作用不如60钴，但无显著性 差别；同一种辐射源照射下，相同的累积剂量所导致的生物效应大致相似，与剂量率无显著 性相关。可见，低剂量率持续照射可以通过延长照射时间，以达到相同的照射效果。
食管癌的腔内放射治疗疗效显著提高，近期肿瘤控制和症状缓解明显优于其他组，但局部复 发率和组织硬化、狭窄及穿孔、瘘道形成令人十分担忧[4，5]。支架治疗是目前治 疗食管癌狭窄的较好方法，其有效率达到95%以上，亦可通过带膜支架对食管穿孔及瘘道有 治疗作【1，2，3】。随着支架的广泛应用，支架的一些弊端也逐一出现，表现在 支架在解决恶性管腔狭窄时仅能作为姑息治疗的一种手段。对肿瘤组织无杀伤作用；支架治 疗管腔狭窄时常常因支架体反应和(或)狭窄本身原因等等出现再狭窄。带膜支架通过覆盖膜 形成基本完全封闭的管腔，机械性将增生物(如内膜反应或和肿瘤持续生长)限制在腔外。一 旦支架或膜不能承受其压力，狭窄便再次形成。如果在留置支架同时进行放疗，或许对治疗 有较大的帮助。
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许多学者担心支架留置会影响放疗效果，本研究所曾实验证实支架自身对放射治疗无显著性 影响【7】。在此基础上，我们设计了捆绑式放射性支架食治疗管癌狭窄，将腔内放 疗和支架结合一起，使二者相互弥补缺陷，希望是食管癌治疗方法的一种改进。
放射性支架(或同位素涂层支架)是通过携带辐射源并所产生的各种射线抑制内膜增生及肿瘤 生长。放射性支架在血管内的研究已见报道【8，9】，具有β粒子照射的支架可有效 地抑制纤维肌细胞生长和内膜增生。而放射性支架在其他部位的应用目前尚未见报道。
本实验结果表明，铱丝和支架捆绑后对肿瘤的控制作用与60钴比较有相似的结果，为 进一步放射性食管支架研究提供基础。
本文课题受国家九五介入医学攻关项目基金资助(编号:96-907-03-04)
, 百拇医药 参考文献
1，Saxon R.R.,Morrison K.E.,Lakin P.C.,et al.Malignant esophageal obstruction and esophagorespiratory fistula:Palliation with a polyethylene-covered Z-st ent.Radiology,1997;202:349～54
2，杨仁杰，张宏志，黄 俊，等.被覆支架成形术在食管癌姑息治疗中的应用.中华放射学杂志，1995；29；(7)：461～464
3，翟仁友，戴定可.食管支架治疗食管良恶性狭窄.中华放射学杂志，1995；29(7)：465～8
4，孟玉明，张雨琴，常守剑，等.192铱后装治疗晚期食管癌150例分析.河南肿瘤学杂志，1994；7(2)：128～9
, 百拇医药
5，Udaya m.,Influence of intraluminal brachytherapy dose in esophageal cancer using a manual afterloading system.In M Abe Ed.ICRO'93.国际放射线肿瘤学会总会，Kyoto Japan:International society for Radiation Oncology,1993:522
6，徐海超，杨天恩，主编.衫放射肿瘤剂量学.北京：原子能出版社，1988：10
7，马大海，杨仁杰，李吾岭，等.镍钛合金支架对肿瘤放射治疗可能产生的影响.北京医科大学学报；1998；30(4)：330～2
8，Laird J.R.,Carter A.J.,Kufs W.M.,et al.Inhibition of neointimal prolferation with low-dose irradiation from a β-particle emitting stent.Circulation,1996;93:529～36
9，Fischell T.A.,Kharma B.K.,Fischell D.R.,et al.Low-dose,β-particle emission from ‘stent’wire results in complete,localized inhibition of smooth muscle cell proliferation.Circulation,1994;90:2956～63
2000-01-20
2000-04-10, 百拇医药
单位：钱晓军(北京医科大学临床肿瘤学院，北京市肿瘤防治研究所介入治疗科 北京市 100036)；杨仁杰(朝阳医学放射科)；汪幼梅(中国原子能科学研究院同位素研究所放射源制备应用研究室)
关键词：近距离放疗；辐射效应；放射性支架
摘要 目的
摘要 目的：进行60钴外照射和192铱低剂量率超近距离照射辐射效应的比较，以评估放射性支架的可行性。方法：选用EC109细胞系作为研究对象，分别用60钴外照射和192铱超近距离照射，通过观测集落形成率描绘出辐射效应曲线，比较在同等剂量下二者辐射效应的差别。并观察同等累积剂量下，不同强度192铱源照射的辐射效应。用100cGy、400cGy照射后的细胞接种于裸鼠股部，观察移植瘤生长情况。结果：二者辐射效应曲线基本符合二次线性数学模型。在相同累积剂量下，60钴外照射比192铱超近距离照射杀伤力强。在192铱源照射相同累积剂量时，辐射效应相差不大，无显著性差异。观察裸鼠移植瘤生长，处死时体积和重量存在差异，60钴比192铱作用大，但不显著。结论：低剂量率近距离照射与外照射相比，具有相似的辐射效应。从疗效角度考虑，放射性支架具有将放疗和支架置入姑息疗法结合的可能性，为食管癌治疗提供新的治疗方法。
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PRIMARY STUDY OF RADIOACTIVE STENT
Qian Xiaojun Yang Renjie Wang Youmei
(Department of Interventional Therapy Oncology Medical school of Beijing Medical University 100036)
Abstract Objective：To study dose response irradiated by 192Ir as bra chytherapy versus 60Co as routing radiotherapy,and try to evaluate the fea sibility of radioactive stent.METHOD:We study EC109 cell line exposed under γ-ray from two sources:60Co and 192Ir.Dose-r esponse curves for clonogenic survival were determined following irradiation at five doses:50、100、200、400、800cGy.We also observw EC109 cell's clonogenic sur vival rate under the same total doses,irradiated by 192Ir at different dose rate(raged from 1.924 to 44.25cGy/h).And cells irradiated at doses of 100、400cGy were implanted to bare mice,observe the size and weight of the implanted tumors when mice were killed at 21days after implanted.The distance of source-target is 5mm irradiated by 192Ir were not so heavy as those irradiated by 60Co,the clonogenic survival is higher,and tumors grew larger,no value.While irradiated by 192Ir,under the same total doses,effect show no relationship with dose rate,the total doses makes the point.CONCLUSION:Irradiat ion from 5mm by 192Ir show less effect on EC109 cell line under the same d ose compared with irradiation at 75cm by 60Co.At dose rate range from 1.924～44.252cGy/h,effect show no relation with dose rate.We suppose to bind 192 Ir with stent treating esophageal malignant stricture,to give palliative treat ment and local control.This will be feasible and curative,but with a long distan ce to clinic trial for more evidence.
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Key workds：Dose-response curve,Brachytherapy,Radioactive stent
食管癌患者发生吞咽困难时，已属中晚期，手术治常较困难。支架留置术以 缓解症状[1～3]，而且放射治疗如腔内放疗或与外照射结合对食管癌亦具有较高的 近期控制作用[4，5]。为此，我们提出将放射性同位素和支架捆绑在一起，制作成 放射性支架，拟在支架留置同时，进行低剂量率腔内治疗。为了评估放射性支架可行性，采 用60钴外照射与192铱超近距离辐射进行效应比较，现报告如下。
1 材料与方法
EC109细胞系由北京市肿瘤防治研究所遗传室提供。裸鼠由北京市肿瘤防治研究所动物室提 供。
60钴照射效应实验：生长对数期细胞分别以100、100、200、500、1000、2000个/每 瓶接种在6孔培养板中，源距75cm，剂量率为2 250cGy/h，分别给予0、50、100、200、400 、800cGy照射，照射后立即换液，14天后计数克隆形成率。计算存活率，描绘辐射效应曲线 。
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192铱照射效应实验：铱丝固定在铅盒中，对数生长期细胞放置在铅盒中铱丝上面， 铱丝的活度分别为0.1、1.2、2.3mCi，以距离铱源5mm处剂量率为标准，累积照射剂量为50 、100、200、400、800cGy后，14天后计算克隆形成率，计算存活率，描绘效应曲线。以不 同活度相同累积剂量100、200、400cGy照射细胞，14天后计算克隆形成率。
移植瘤生长实验：分A、B两组，用对数生长期细胞分别接受60钴、192铱累积 剂量为100cGy、400cGy的照射后，以106个细胞每只接种于鼠股部，每周观察2次，3周后 处死，测量体积和重量。
数据处理采用计算机模型处理分析。
2 结果
60钴和192铱照射后细胞克隆形成率如表1，各效应曲线分别见图1，2。19 2铱和60钴照射后的效应曲线基本符合一元二次方数学模型。相同累积剂量组效应 比较60钴的杀伤作用比192铱强，无显著性差异(8Gy组除外)。
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不同强度192铱源在累积剂量100cGy、200cGy、400cGy时，生物效应的比较见图3，p 分别为0.183、0.620、0.275，没有显著性差异。剂量率低的生物效应稍差，但可以通过延 长照射时间、增加累积剂量以达到相同的效果。
移植瘤生长情况见表2，在相同累积剂量下，192铱的杀伤能力不如60钴，方差 分析见表3，没有显著性差异。
图1 60钴照射组辐射细胞效应曲线
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图2 192铱照射组辐射细胞效应曲线
图3 不同强度相同累积剂量的生物效应比较直方图
表1 60Co与192Ir辐射效应的存活率比较[ WT〗
分 组
剂量(Gy)
单因素方差分析
0
0.5
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1
2
4
8
P值
60钴辐射组
1.0082
0.9185
0 .8333
0.6902
0.3337
0.0473
3.3E-22
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192铱辐射组
1.0091
0.9663
0.9422
0.6575
0.3980
0.1099
1.15E-17
P值
0.3846
0.1824
0.0459
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0.1949
0.1046
0.0070
表2 移植瘤生长情况
分组
剂量(cGy)
肉眼观察
最早出现的天数
处死时(21天)大小
总量(g)
对照组
O1
, 百拇医药 O2
O3
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8×6×3mm
15×8×4mm由6个小结
节构成，大腿内侧可见一
小转移结节6×6×2mm
大小
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15×11 ×7mm
0.1097
0.3494
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实验组
A1
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12×9×4mm
14×10×5mm
8×4×3mm
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10×8×4mm
9×9×4mm
15×10×5mm
10×9×4mm ，内侧转移
结节2×3×3mm
8×6×3mm
0
0.1155
0.1850
0.2912
0.2088
, 百拇医药
0.0675
0.0000
A组为60钴照射后的细胞移植的裸鼠组
B组为192铱照射后的细胞移植的裸鼠组表3 两组移植瘤比较t检验(p值)
剂量
重量比较
体积比较
100cGy
0.7058
0.8743
400cGy
, 百拇医药
0.2730
0.2549
3 讨论
192铱源是一种人工放射性同位素，其能谱比较复杂，γ射线的平均能量为0.35MeV。 由于192铱的γ射线能量范围使其在水中的指数衰减率恰发被散射建成所补偿，在距 离5cm范围内任一点的剂量率与距离平方的乘积近似不变。192铱半衰期为74.2天，治 疗源可以制成丝状体，柔软易扭，易于适应不同解剖部位的轮廓，现已成为后装插植的主要 γ射线源【6】。
体外培养细胞存活曲线是研究细胞辐射效应的一个重要工具，本实验采用集落形成法，以细 胞克隆形成率来表示受照射后细胞存活能力，基本上能反映出受照射细胞的损伤程度。同时 我们还采用了裸鼠移植瘤生长能力来反映照射后细胞生存能力。
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本实验采用192铱和60钴两种放射源照射EC109细胞株来比拟临床体内、外照射 。放射性铱丝放置在铅盒内刻槽中，在铅盒中形成不均匀辐射场，各点剂量率不等，累积剂 量不同；而60钴照射在放射治疗机下完成，源距为75cm，培养瓶或培养板置入照射野 范围内，在误差允许下，所受剂量大致均匀。基本上和临床治疗时所形成的辐射场相似。
本实验结果显示，相同累积剂量下，192铱的辐射作用不如60钴，但无显著性 差别；同一种辐射源照射下，相同的累积剂量所导致的生物效应大致相似，与剂量率无显著 性相关。可见，低剂量率持续照射可以通过延长照射时间，以达到相同的照射效果。
食管癌的腔内放射治疗疗效显著提高，近期肿瘤控制和症状缓解明显优于其他组，但局部复 发率和组织硬化、狭窄及穿孔、瘘道形成令人十分担忧[4，5]。支架治疗是目前治 疗食管癌狭窄的较好方法，其有效率达到95%以上，亦可通过带膜支架对食管穿孔及瘘道有 治疗作【1，2，3】。随着支架的广泛应用，支架的一些弊端也逐一出现，表现在 支架在解决恶性管腔狭窄时仅能作为姑息治疗的一种手段。对肿瘤组织无杀伤作用；支架治 疗管腔狭窄时常常因支架体反应和(或)狭窄本身原因等等出现再狭窄。带膜支架通过覆盖膜 形成基本完全封闭的管腔，机械性将增生物(如内膜反应或和肿瘤持续生长)限制在腔外。一 旦支架或膜不能承受其压力，狭窄便再次形成。如果在留置支架同时进行放疗，或许对治疗 有较大的帮助。
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许多学者担心支架留置会影响放疗效果，本研究所曾实验证实支架自身对放射治疗无显著性 影响【7】。在此基础上，我们设计了捆绑式放射性支架食治疗管癌狭窄，将腔内放 疗和支架结合一起，使二者相互弥补缺陷，希望是食管癌治疗方法的一种改进。
放射性支架(或同位素涂层支架)是通过携带辐射源并所产生的各种射线抑制内膜增生及肿瘤 生长。放射性支架在血管内的研究已见报道【8，9】，具有β粒子照射的支架可有效 地抑制纤维肌细胞生长和内膜增生。而放射性支架在其他部位的应用目前尚未见报道。
本实验结果表明，铱丝和支架捆绑后对肿瘤的控制作用与60钴比较有相似的结果，为 进一步放射性食管支架研究提供基础。
本文课题受国家九五介入医学攻关项目基金资助(编号:96-907-03-04)
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2000-04-10, 百拇医药