西妥昔单抗对125Ⅰ粒子照射结直肠癌细胞DNA修复能力和信号传导通路的影响

目的 探讨西妥昔单抗(C225)对125Ⅰ粒子照射下结直肠癌CL187细胞DNA损伤修复和信号传导通路的影响.方法 实验分为空白对照组,100 nmol/L C225处理组,单独125Ⅰ粒子持续低剂量率照射组和C225联合125Ⅰ粒子持续低剂量率照射组.在吸收剂量达4 Gy后48 h,经细胞免疫荧光检测各组细胞中γH2AX聚集点数量以及γH2AX聚集点阳性细胞比例.提取细胞内总蛋白,Western blot检测DNA修复蛋白的变化.在吸收剂量达4 Gy后即刻提取总蛋白,Western blot分析在照射过程中C225对EGFR下游信号通路中蛋白分子的影响.结果 与单独125Ⅰ粒子持续低剂量率照射组细胞相比,C225联合125Ⅰ持续低剂量率照射组细胞内残余的γH2AX聚集点数量和γH2AX聚集点阳性的细胞比例均高(t=8.0和6.8,P＜0.05),并且细胞中DNA修复蛋白Ku70和DNA-PKcs的含量偏低(t=6.6和5.7,P＜0.05).Western blot结果显示,在125Ⅰ粒子持续低剂量率照射过程中,C225能够降低细胞内EGFR的水平(t=4.9,P＜0.05),抑制Akt的活化(t=5.5,P＜0.05).结论 在125Ⅰ放射性粒子持续低剂量率照射下,C225可以降低细胞内Ku70和DNA-PKcs的含量,并抑制Akt活化,减弱CL187细胞的DNA损伤修复能力.     

125I粒子组织间永久种植致大鼠坐骨神经早期损伤的病理学观察

目的 探讨¹²⁵I粒子持续性低剂量率照射下肿瘤细胞的凋亡和周期改变。方法 采用CL187人结肠癌细胞系体外培养,分为空白对照组、⁶⁰Co单次高剂量率照射组、¹²⁵I低剂量率照射组。单次高剂量率组以2 Gy/min给予细胞1、2、4、6、8和10 Gy的照射,低剂量率组以2.77cGy/h的初始剂量率给予相同剂量照射,照射后24 h根据肿瘤细胞死亡率和14 d克隆形成率评价不同照射方式对肿瘤细胞的杀伤效果。同时,用放射性¹²⁵I粒子以2.77 cGy/h的剂量率,给予细胞2、5和10 Gy的照射,应用流式细胞术测量其凋亡和细胞周期的变化。结果 低剂量率组照射后细胞死亡率在1 Gy时低于⁶⁰Co单次高剂量率组,随着剂量的上升,2 Gy后,超过单次高剂量率组,但整体上¹²⁵I粒子照射后细胞死亡率高于⁶⁰Co组(P=0.011)。¹²⁵I持续性低剂量率照射组的克隆增殖率明显低于⁶⁰Co单次高剂量率组(P=0.0021)。低剂量率照射下,2 Gy时仅能引起G₂/M期阻滞和凋亡,5 Gy时达到峰值,10 Gy时细胞周期阻滞和凋亡的比率依然很高,但相对于5 Gy有所下降;同时G₂/M期阻滞和凋亡变化呈现出相同的趋势。结论 在相同剂量条件下,¹²⁵I粒子持续照射低剂量率照射比⁶⁰Co单次高剂量照射对CL187肿瘤细胞具有更强的杀伤效应;G₂/M期阻滞引起的凋亡是低剂量率照射杀伤肿瘤细胞的主要机制。     

125I粒子持续低剂量率照射和60Co γ射线高剂量率照射对H1299细胞生物学效应的比较研究

目的：探讨125I粒子持续低剂量率（CLDR）内照射和60Co γ射线高剂量率（HDR）外照射对非小细胞肺癌（NSCLC）细胞株H1299的细胞生物学效应。方法 H1299细胞处于指数生长期时分别行125I粒子CLDR照射和60Coγ射线HDR照射;克隆形成实验检测细胞存活分数,流式细胞术检测细胞周期和细胞凋亡率,Western blot检测Bax、Bcl-2蛋白表达水平。结果随着照射剂量增大,125I粒子CLDR照射比60Coγ射线HDR照射抑制H1299细胞增殖效应更明显。照射剂量为4 Gy时125I粒子组H1299细胞G2/M期百分比、细胞凋亡率分别为21．77±0．31%、13．79±0．50%;同样照射剂量下,60Co照射组H1299细胞G2/M期百分比仅为18．85±0．99%,细胞凋亡率仅为8．79±0．22%（P<0．05）。125I粒子CLDR照射明显上调Bax蛋白表达,同时下调Bcl-2蛋白表达。结论125I粒子CLDR内照射比60Coγ射线HDR外照射抑制H1299细胞增殖效应更明显。 Bcl-2/Bax蛋白比失衡在125I粒子CLDR照射抗肿瘤效应中可能发挥重要作用。     

125I粒子对前列腺癌PC-3移植瘤bcl-2、bax基因表达和细胞凋亡的影响

目的 探讨125I粒子持续低剂量率照射对前列腺癌PC-3移植瘤bel-2、bax基因表达和细胞凋亡的影响.方法 利用2枚37 MBq 125I粒子模型对前列腺癌PC-3移植瘤裸鼠进行48,96和192 h照射,用免疫组织化学方法分析bcl-2和bax基因表达情况.用原位末端标记(TUNEL)法检测凋亡率.凋亡率和bax/bcl-2比值之间的相关性采用线性相关分析.统计学处理采用SPSS 11.0软件.结果 125I粒子持续低剂量率照射48 h后bcl-2表达下降到4.00±2.00,与对照组比较差异无统计学意义(t=2.500,P=0.067);96和192 h后bcl-2表达分别下降到2.67±1.16和3.00±1.00,与对照组比较差异有统计学意义(t=4.950,3.464;P=0.008,0.026).bax表达分别上升到11.33±2.89,8.67±1.16和8.67±1.16,与对照组比较差异有统计学意义(t=3.334,4.025,5.292;P值分别为0.029,0.016和0.006).125I粒子持续低剂量率照射48 h组PC-3细胞凋亡率为22.3%,与对照组比较差异无统计学意义(P=0.404);照射96和192 h组凋亡率增加到21.7%和30.7%,与对照组比较差异有统计学意义(P=0.016,0.036).各照射组之间凋亡率差异无统计学意义(P＞0.05).125I粒子持续低剂量率照射Pc-3细胞凋亡率和bax/bcl-2比值呈正相关(r=0.784,P=0.012).结论 125I粒子持续低剂量率照射可使PC-3细胞bcl-2表达下降,bax表达上升,诱导凋亡增加,而凋亡率与bax/bcl-2比值呈正相关.125I粒子对肿瘤细胞的抑制可能通过bcl-2、bax途径诱导细胞凋亡而发挥作用.     

西妥昔单抗对125I粒子照射结直肠癌细胞DNA修复能力和信号传导通路的影响

目的 探讨西妥昔单抗(C225)对¹²⁵I 粒子照射下结直肠癌CL187细胞DNA损伤修复和信号传导通路的影响。方法 实验分为空白对照组,100 nmol/L C225处理组,单独¹²⁵I粒子持续低剂量率照射组和C225联合¹²⁵I粒子持续低剂量率照射组。在吸收剂量达4 Gy后48 h,经细胞免疫荧光检测各组细胞中γH2AX聚集点数量以及γH2AX聚集点阳性细胞比例。提取细胞内总蛋白,Western blot检测DNA修复蛋白的变化。在吸收剂量达4 Gy后即刻提取总蛋白,Western blot分析在照射过程中C225对EGFR下游信号通路中蛋白分子的影响。结果 与单独¹²⁵I粒子持续低剂量率照射组细胞相比,C225联合¹²⁵I持续低剂量率照射组细胞内残余的γH2AX聚集点数量和γH2AX聚集点阳性的细胞比例均高(t=8.0和6.8,P<0.05),并且细胞中DNA修复蛋白Ku70和DNA-PKcs的含量偏低(t=6.6和5.7,P<0.05)。Western blot结果显示,在¹²⁵I粒子持续低剂量率照射过程中,C225能够降低细胞内EGFR的水平(t=4.9,P<0.05),抑制Akt的活化(t=5.5,P<0.05)。结论 在¹²⁵I放射性粒子持续低剂量率照射下,C225可以降低细胞内Ku70和DNA-PKcs的含量,并抑制Akt活化,减弱CL187细胞的DNA损伤修复能力。     

125I粒子持续低剂量率照射对人食管癌细胞系KYSE150抑制作用及其机制研究

目的 研究¹²⁵I粒子持续低剂量率照射对人食管癌细胞系KYSE150的抑制作用及其机制。方法 根据不同照射方式,将KYSE150细胞分成空白对照组、高剂量率单次外照射组（SDR,1.052 Gy/min）、持续低剂量率照射组（¹²⁵I-CLDR,2.77 cGy/h）。克隆形成实验衡量KYSE150细胞对两种照射方式的敏感性,计算¹²⁵I-CLDR的相对生物学效应（RBE）。流式细胞仪分析不同照射方式对细胞凋亡和周期的影响。蛋白免疫印迹法检测不同照射方式下KYSE150细胞内γ-H2AX和Bax的蛋白表达量变化。结果 KYSE150细胞对¹²⁵I-CLDR的放射敏感性高于SDR,¹²⁵I-CLDR的相对生物学效应约为1.56;与SDR相比,¹²⁵I-CLDR能更显著地诱导KYSE150细胞的早期和晚期凋亡（t=4.07,11.08,P<0.05）,提高G₂/M期细胞比例（t=11.25,P<0.05）;¹²⁵I-CLDR组DNA损伤信号蛋白γ-H2AX和促凋亡蛋白Bax的表达水平显著升高。结论 与SDR相比,¹²⁵I-CLDR对人食管癌细胞KYSE150的抑制作用更为显著,其主要机制可能是电离辐射后肿瘤细胞克隆形成能力受损,DNA损伤严重,细胞凋亡增多,而G₂/M期细胞比例升高,细胞放射敏感性增强。     

125I粒子和60Co γ射线照射对A549及BEAS-2B细胞生物学效应的影响

目的 探讨¹²⁵I粒子和⁶⁰Co γ射线对非小细胞肺癌(NSCLC)A549细胞和正常支气管上皮BEAS-2B细胞生物学效应的影响。方法 A549、BEAS-2B细胞均行¹²⁵I粒子和⁶⁰Co γ射线不同剂量照射;集落形成实验检测细胞存活分数;流式细胞术检测细胞周期和细胞凋亡率;Western blot检测凋亡相关蛋白的表达水平。结果 A549细胞在4、6、8 Gy照射时,¹²⁵I粒子组细胞克隆存活分数较⁶⁰Co组降低更明显(t=6.06、9.42、4.90,P<0.05)。A549细胞在4 Gy时,G₁期细胞比例¹²⁵I粒子组为70.67%±1.49%,⁶⁰Co组为59.59%±0.71%(t=10.77,P<0.05);细胞凋亡率¹²⁵I粒子组为18.09%±0.73%,⁶⁰Co组为9.81%±0.16%(t=19.40,P<0.05)。¹²⁵I粒子照射明显上调Bax、cleaved Caspase-3蛋白的表达,同时下调Bcl-2蛋白的表达。但不同射线同一剂量或相同射线不同剂量下,BEAS-2B细胞的凋亡率及凋亡相关蛋白的表达无明显变化。结论 ¹²⁵I粒子持续低剂量率照射较⁶⁰Co γ射线高剂量率照射抑制A549细胞增殖的效应更明显。Bcl-2/Bax蛋白比失衡,最终致Caspase-3蛋白的活化在¹²⁵I粒子持续低剂量率照射抑制肿瘤细胞增殖的效应中可能发挥重要的作用。     

西妥昔单抗增加结直肠癌细胞对125I粒子持续低剂量率照射的敏感性

目的 探讨在¹²⁵I 放射性粒子持续低剂量率照射下,西妥昔单抗对结直肠癌细胞CL187放射敏感性的影响及可能的机制。方法 实验将直肠癌细胞CL187分为空白对照组、单纯100 nmol/L C225处理组、单纯¹²⁵I -CLDR照射组和C225联合¹²⁵I -CLDR组。克隆形成实验检测C225是否影响人结直肠癌CL187细胞对¹²⁵I 放射性粒子持续低剂量率照射的放射敏感性。流式细胞仪检测C225对¹²⁵I -CLDR照射诱导的细胞凋亡的影响。细胞周期检测C225对细胞周期的调节。瑞氏姬姆萨染色检测有丝分裂指数。Western blot检测细胞内Bax、Bcl-2的水平。结果 100 nmol/L C225的放射增敏比为1.4,并能够增加¹²⁵I -CLDR照射诱导的细胞凋亡（t=6.6,P<0.05）,增加Bax/Bcl-2比值。与空白对照组相比,单独C225处理可使CL187细胞G₁期阻滞（t=3.0,P<0.05）,单纯¹²⁵I -CLDR照射组细胞也存在G₁期阻滞（t=8.5,P<0.01）,两者联合时的G₁期阻滞效应与¹²⁵I -CLDR单独处理时相比,差异无统计学意义（t=0.8,P>0.05）。有丝分裂指数检测结果显示,各实验组与对照组相比差异无统计学意义。结论 C225可增加结直肠癌细胞CL187对¹²⁵I -CLDR照射的放射敏感性,机制可能是C225增加细胞内Bax/Bcl-2比值,增加¹²⁵I-CLDR诱导的细胞凋亡,与细胞周期阻滞和细胞周期检查点功能无关。     

125I粒子持续低剂量率照射对人前列腺癌细胞的抑制作用

目的探讨^125I粒子持续低剂量率照射对人前列腺癌细胞株（PC3）增殖抑制以及对细胞周期的影响。方法^125I粒子（初始剂量率2.77cGy/h）和^60Coγ射线（吸收剂量率2.215Gy/min）对体外培养的PC3细胞进行0、0.5、1、1.5、2、4、6和8Gy照射,用细胞计数、锥虫蓝染色和集落形成法检测细胞增殖、细胞活力和细胞存活率的情况;用单击多靶模型拟合剂量存活曲线;用流式细胞仪检测细胞周期。结果随着照射剂量的增加,^125I粒子照射组的细胞生长比^60Coγ射线组更加明显地受到抑制（P〈0.05）。^125I粒子照射PC3细胞D0值为2.243,Dq为0.87,N为1.618,SF2为0.5。^60Co照射组PC3细胞放射生物学参数D0值为2.824,Dq为1.08,N为1.587,SF2为0.7。^60Co和125I粒子的RBE比值为1.4。与空白对照组相比,^125I粒子组和^60Co组4Gy照射细胞24h后均出现G2期阻滞。结论^125I粒子照射能抑制人前列腺癌细胞的增殖并能使PC3细胞阻滞于G2期。     

~(125)I粒子治疗对肝癌细胞凋亡及细胞周期的影响

~(125)I粒子低剂量率连续照射肝癌细胞,能明显上调细胞Bax表达,降低Bcl-2表达,同时明显诱导细胞凋亡的发生,且细胞周期发生再分布,照射后细胞被阻滞在对辐射相对敏感的G_2-M和S期.研究结果表明,~(125)I粒子连续照射能够通过诱导凋亡的途径,明显杀伤肿瘤细胞.     

EGFR抗体对持续低剂量率照射CL187细胞的放射增敏研究

目的 探讨表皮生长因子受体(EGFR)抗体对放射性¹²⁵I粒子持续低剂量率照射大肠癌细胞CL187的增敏作用。方法 采用CL187大肠癌细胞系体外培养,实验分空白对照组、单纯抗体组、单纯照射组、照射加不同浓度抗体组。用克隆形成方法评价不同处理方式对CL187细胞的杀伤效应。应用流式细胞仪检测细胞凋亡和周期的改变。结果 EGFR与射线联合作用细胞存活分数较单纯照射组明显下降(P<0.05)。EGFR抗体浓度2、5、10 nmol/L时增敏比分别为1.34、1.59、2.08。持续低剂量率照射4 Gy后,抗体联合照射组凋亡率(39.86%±4.38%)高于单纯抗体组(12.49%±1.59%)和单纯照射凋亡率之和(21.57%±2.97%),差异有统计学意义(P<0.05)。细胞周期检测显示表皮生长因子抗体联合照射主要引起细胞的G₁期阻滞(84.51%±3.42%),持续低剂量率照射主要引起G₂/M期阻滞(46.41%±4.48%),两者联合作用时,G₁期(59.31%±5.34%)和G₂/M期(38.10%±2.57%)细胞比率增加,S期(2.59%±1.19%)细胞比率明显减少(P<0.05)。结论 表皮生长因子抗体对持续低剂量率照射具有明显的放射增敏作用,其增敏机制主要来自细胞周期的重分布和细胞凋亡的增加。     

125I粒子治疗舌下腺恶性肿瘤的靶区剂量分布研究

目的 测量并计算¹²⁵I放射性粒子治疗舌下腺恶性肿瘤的放射剂量在口底靶区及靶区周缘黏膜、颌骨、皮肤等组织器官的分布,为临床治疗提供客观依据.方法 利用仿生物人体模型进行实验,分别使用活度为29.6、25.9 MBq/粒的¹²⁵I放射性粒子31粒,处方剂量(即周缘匹配剂量)120 Gy,模拟对单侧舌下腺恶性肿瘤进行组织间植入近距离放疗,采用热释光剂量计测量并计算口底靶区及周围组织器官的剂量值,采用辐射自显影胶片绘制剂量分布曲线.结果 靶区中心剂量达到390~500 Gy,靶区边缘剂量达到160~480 Gy,靶区边缘外1 cm剂量达到90~170 Gy.皮肤的接受剂量为25~81 Gy,下颌骨靶区外的接受剂量为7.9~67 Gy.靶区内剂量分布无明显冷区.结论 ¹²⁵I放射性粒子治疗口底区舌下腺恶性肿瘤,可以达到有效的靶区内治疗剂量分布.对周围组织的放射剂量在安全限值以下.对下颌骨的放射剂量较小,减少了放射性骨损伤的可能.     

125I粒子植入治疗晚期肺癌的损伤效应与临床处置

目的分析、研究和处理^125I粒子植入治疗晚期非小细胞肺癌的损伤效应。方法对121例确诊的晚期非小细胞肺癌，由放射治疗计划系统（TPS）通过CT影像和纤维支气管镜（FFB）引导植入放射性核素^125I粒子，进行验证和病灶周围重要组织器官（如心脏及脊髓）的受量推算，定期进行复查。结果CT引导组和FFB组的总有效率分别为96．6％和77．3％；损伤效应发生率分别为56．2％和7．5％，其中CT引导组患者心肺及脊髓的照射剂量为31．0和7．5Gy，明显低于正常组织的耐受剂量，该组患者的早期和放射损伤反应发生率分别为14．6％和1．1％，而FFB组未观察到放射损伤反应发生。结论粒子植入治疗具有肯定的疗效，但不可避免地存在轻度的、易于处理的和可逆的损伤效应，本研究未观察到严重的放射忭肺炎和不可逆的肺纤维化。     

Differential effects of CLDR and PDR brachytherapy on cell cycle progression in a syngeneic rat prostate tumour model

Purpose: The study consisted of two treatment arms comparing the effects of CLDR (continuous low dose rate) and PDR (pulsed dose rate) brachytherapy on cell cycle progression in a radioresistant rat prostate tumour model.

Materials and methods: Interstitial PDR and CLDR brachytherapy (both 192-Ir, 0.75 Gy/h) were administered to Dunning prostate R3327-AT1 carcinomas transplanted subcutaneously into the thigh of Copenhagen rats. Increasing doses of up to 20 as well as up to 40 Gy were applied. Cell cycle distributions of the aneuploid tumour cell subpopulations were determined at 4 h (3 Gy), 24 h (18 Gy), 48 h (20 and 36 Gy), as well as during the subsequent redistribution period (20 and 40 Gy) at 72, 96, and 120 h. Tumours either implemented with an empty tubing system (n = 5) or under undisturbed growth (n = 5) served as controls. Three animals were irradiated per time point and exposure condition. At least two flow cytometrical analyses were carried out per animal.

Results: The aneuploid cells possessed a constant DNA-Index of 1.9 ± 0.06. In contrast to sham-treated controls, the aneuploid cell fraction with G2/M DNA content was significantly increased (p < 0.05) after initiation of both, CLDR and PDR brachytherapy. However, CLDR resulted in an earlier accumulation of tumour cells in G2/M (24 h: 28% CLDR vs. 19% PDR, p < 0.05) with a concomitant reduction of cells in G1, whereas PDR yielded delayed, but then more pronounced cell cycle changes, particularly expressed during the redistribution period after both 20 and 40 Gy.

Conclusion: CLDR and PDR brachytherapy showed differential effects on cell cycle progression. The induction of a significantly earlier but also less persistent G2/M cell cycle arrest after CLDR compared to PDR brachytherapy implies that a substantially higher fraction of tumour cells are irradiated in G2/M after CLDR.     

12C重离子束对人淋巴细胞增殖、周期和凋亡的影响

目的 探讨¹²C重离子束对人淋巴细胞增殖以及周期、凋亡的影响.方法 ¹²C重离子束照射人淋巴细胞Peng-EBV,吸收剂量分别为0(对照组)、0.5、2.0 Gy.照射后用MTS法检测细胞增殖活力,流式细胞仪检测细胞周期和细胞凋亡.结果 与对照组相比,0.5 Gy照射可以增加细胞增殖活力(t=2.66~14.45, P<0.05),而2.0 Gy照射降低了细胞活力(t=7.65~64.45, P<0.05).受照射细胞的活力存在一个恢复和下降过程,受照后48 h内,细胞数量呈增加趋势,但72 h时细胞数量下降.照射后48 h,两组细胞G₂/M期呈明显上升趋势,高于对照组(t=2.01~99.80,P<0.05),且2.0 Gy组的周期阻滞较0.5 Gy组严重;照射后30 d,细胞周期阻滞恢复到正常水平.照射后12、24、48 h,两照射组与对照组相比,细胞凋亡率差异有统计学意义(t=-3.05~-1.05,P<0.05),在照后24 h最高,48 h明显下降,30 d恢复到对照水平.结论 ¹²C离子束辐射影响人淋巴细胞增殖,诱导人淋巴细胞发生明显的G₂/M期阻滞,并且明显地促进细胞凋亡.     

南京“5.7”192Ir源放射事故患者早期物理剂量估算

目的 对南京"5.7"¹⁹²Ir源放射事故中,1例局部受大剂量外照射的患者的受照剂量进行快速估算。方法 在获知放射源参数、照射方式和照射时间的基础上,基于东亚人体素体模和受照者主要生理特征,利用蒙特卡罗模拟软件包MCNP建立模型并估算。结果 估算了受照患者16个器官的吸收剂量,数值范围为0.03~9.16 Gy。腿部皮肤的等剂量曲线清晰显示了左、右腿部皮肤的剂量差异。受照者睾丸、前列腺受照剂量较大,吸收剂量数值约9.16 Gy。大腿皮肤受到局部大剂量照射,双腿皮肤剂量估算结果与红外热成像仪探测结果基本一致。结论 结合恰当受照模型的蒙特卡罗技术和模拟软件包可有效用于放射事故患者的早期物理剂量估算。     

miR-155在淋巴瘤Raji细胞辐射抵抗中作用的研究

目的 研究miR-155在淋巴瘤Raji细胞辐射抵抗中的作用及其机制。方法 实时定量聚合酶链反应检测Raji细胞miR-155的表达,CCK-8法检测细胞增殖,流式细胞仪检测细胞凋亡,Western blot检测PTEN和p-AKT的表达。结果 miR-155 RNA和p-AKT蛋白在Raji细胞中表达较高,而pten基因mRNA和蛋白质表达水平极低,单纯4.0 Gy照射48 h后Raji细胞凋亡率较低;miR-155 siRNA不仅使miR-155 RNA和p-AKT表达水平明显下降,而且pten基因mRNA和蛋白质水平显著增高,同时细胞显示出增殖抑制作用,显著增加Raji细胞对该辐射剂量敏感性,siRNA+射线照射组细胞凋亡率为(36.78±1.35)%,高于单纯照射组(t=12.572,P<0.05)。结论 miR-155 表达对Raji细胞辐射敏感性具有重要影响,其机制与PTEN/PI3K/AKT信号途径激活有关。     

In-vitro-Untersuchungen zur PDR-Brachytherapie

Background

Calculations on the basis on the LQ-model have been focussed on the possible radiobiological equivalence between common continuous low dose rate irradiation (CLDR) and a superfractionated irradiation (PDR=pulsed dose rate) provided that the same total dose will be prescribed in the same overall time as with the low doserate. A clinically usable fractionation scheme for brachytherapy was recommended by Brenner and Hall and should replace the classical CLDR brachytherapy with line sources with an afterloading technique using a stepping source. The hypothesis that LDR equivalency can be achieved by superfractionation was tested by means of in vitro experiments on V79 cells in monolayer and spheroid cultures as well as on HeLa monolayers.

Materials and Methods

Simulating the clinical situation in PDR brachytherapy, fractionation experiments were carried out in the dose rate gradient of afterloading sources. Different dose levels were produced with the same number of fractions in the same overall incubation time. The fractionation schedules which were to be compared with a CLDR reference curve were: 40×0.47 Gy, 20×0.94 Gy, 10×1.88 Gy, 5×3.76 Gy, 2×9.4 Gy given in a period of 20 h and 1×18.8 Gy as a “single dose” exposition. As measured by flow cytometry, the influence of the dose rate in the pulse on cell survival and on cell cycle distribution under superfractionation was examined on V79 cells.

Results

V79 spheroids as a model for a slowly growing tumor, reacted according to the radiobiological calculations, as a CLDR equivalency was achieved with increasing fractionation. Rapidly growing V79 monolayer cells showed an inverse fractionation effect. A superfractionated irradiation with pulses of 0.94 Gy/h respectively 0.47 Gy/0.5 h was significantly more effective than the CLDR irradiation. This inverse fractionation effect in log-phase V79 cells could be attributed to the accumulation of cycling cells in the radiosensitive G2/M phase (G2 block) during protected exposure which was drastically more pronounced for the pulsed scheme. HeLa cells were rather insensitive to changes of fractionation. Superfractionation as well as hypofractionation yielded CLDR equivalent survival curves.

Conclusions

The fractionation scheme, derived from the PDR theory to achieve CLDR equivalent effects, is valid for many cell lines, however not for all. Proliferation and dose rate dependend cell cycle effects modify predictions derived from the sublethal damage recovery model and can influence acute irradiation effects significantly. Dose rate sensitivity and rapid proliferation favour cell cycle effects and substantiate, applied to the clinical situation, the possibility of a higher effectiveness of the pulsed irradiation on rapidly growing tumors.