重离子辐射致肝癌细胞DNA损伤的时间效应初探

以SMMC-7721肝癌细胞为材料，采用单细胞凝胶电泳(Single cell gel electrophoresis，SCGE)实验方法，利用兰州近代物理研究所重离子研究装置(HIRFL)产生的氖离子(80MeV/u^20Ne^10 )，研究重离子对肿瘤细胞DNA的损伤程度随时间的变化情况。结果表明，重离子辐照所致原初损伤与剂量呈线性正相关；继续培养24h内有明显的DNA两次损伤现象。     

辐射致DNA损伤中DNA浓度的影响

在水溶液中，DNA以微观的形态存在，由于布朗运动以及DNA之间的相互作用的存在，使得DNA的浓度可能影响着DNA的微观分布，从而影响DNA损伤，这在我们以前的实验中已有了初步的观测与发现。关于DNA浓度对DNA损伤的影响的报道很少，实验结果不统一，也不系统，且以前的报道均为低LET射线辐射后的结果。关于高LET的重离子的研究目前尚未见诸报道。     

重离子辐照对红酵母的诱变作用

应用重离子加速器的50MeV／u^12C^6 重离子对胡萝卜素生产菌-红酵母(Rhodotorula RY Strain)进行辐照处理,经酵母发酵实验,发现50MeV／u^12C^6 重离子对胡萝卜素生产菌-红酵母具有诱变作用。初步筛选到了胡萝卜素产量有变化的辐照变异菌株,并对这些辐照变异菌株进行了RFLP(限制性片段长度多态性)和RAPD(随机扩增DNA多态性)分析,这些工作为工业上利用重离子对胡萝卜素生产菌进行诱变育种展现了新的前景。     

^7Li和^12C离子致DNA损伤的研究

脱氧核糖核酸(DNA)是生物体中一类重要的大分子。它是遗传信息的载体，也是辐射生物学效应的最重要的靶分子。电离辐射可引起DNA多种类型的损伤，其中双链断裂(DSB)是辐射所致生物效应中最重要的原初损伤。此实验旨在用原子力显微镜(AFM)研究重离子辐射诱发的DNA双链断裂。     

12C6+重离子辐照对人肝细胞、肝癌细胞端粒酶活性表达的影响

为探索碳离子束辐照对细胞中端粒酶活性的变化,利用兰州近代物理研究所重离子研究装置(Heavy ionresearch facility in lanzhou,HIRFL)产生的碳离子(31MeV/μ12C6 ),以人肝细胞HL-7702,肝癌细胞SMMC-7721为实验对象,用不同剂量1Gy、2Gy、3Gy、4Gy的重离子分别对两种细胞进行照射,用多聚酶链式反应.银染端粒重复序列扩增法(PCR-telomeric repeat amplification protocol,TRAP-PCR)银染端粒重复序列扩增法检测不同剂量下细胞端粒酶活性的变化.结果显示,人肝细胞HL-7702自身没有端粒酶活性,经1Gy辐照后也没有端粒酶活性,在2和3Gy处出现端粒酶活性,4Gy处端粒酶活性又消失.肝癌细胞SMMC-7721在1～3Gy处随着剂量的增大端粒酶活性升高,在4Gy处又开始下降;在1～3Gy处随着时间的推移端粒酶活性随着时间而加强(p<0.05).分析得知,重离子辐射可以诱导人肝细胞产生端粒酶活性,也可以改变肝癌细胞的端粒酶活性.端粒酶参与细胞受辐照后DNA单链损伤的修复;辐照后DNA双链断裂导致端粒酶活性减弱.本实验使重离子在辐照治疗中的优势得以体现.     

基于染色体畸变的细胞存活模型研究

为评估质子和重离子的辐射生物效应，建立了基于染色体畸变的细胞存活机理模型。开发了纳剂量生物物理蒙特卡罗模拟程序（NASIC）的DNA损伤修复模块，用于模拟不同射线类型、不同传能线密度（LET）辐射所致细胞核内染色体畸变产额。在分析辐射所致染色体畸变产额规律的基础上，建立了基于染色体畸变的细胞存活机理模型，并根据细胞存活实验数据拟合模型参数。以V79细胞为例，对于X射线和不同LET的质子，细胞存活分数的模型计算值与实验数据符合得很好，相关系数为0.985 3。采用⁴He离子的实验数据对模型及参数进行了验证，模型计算值与实验数据的相关系数为0.931 1。可见，模型能较好地区分不同射线类型、不同LET辐射在细胞致死效应上的差异。     

重离子和脉冲激光模拟单粒子翻转阈值等效性研究

根据重离子和脉冲激发诱发单粒子翻转机理,分析了重离子和脉冲激光模拟单粒子翻转阈值（激光能量与重离子线性能量转移（LET））等效方法，得出脉冲激光与重离子单粒子翻转阈值等效计算公式。应用实验室的激光模拟单粒子效应试验系统，开展了几种器件和集成电路的单粒子翻转实验研究。利用获得的计算公式计算激光等效LET阈值，并与国内外重离子实测数据进行比较。结果表明，脉冲激光能量等效LET阈值与重离子试验LET阈值较为一致。     

~(60)Coγ射线诱发的中国田鼠V_(79)细胞和小鼠胸腺细胞DNA单链断裂及其修复的研究

本文对~(60)Co γ射线诱发的中国田鼠肺成纤维细胞(V79)和小鼠离体胸腺细胞 DNA 单链断裂及其重接修复进行了实验研究。实验结束表明,两种细胞 DNA 单链断裂的程度分别在30Gy 和10Gy 剂量范围内与剂量呈线性相关;V79细胞 DNA 单链断裂的重接修复包含有快修复和慢修复过程;在不加血清的 TC199培养液中 V79细胞 DNA 断链仍能重接修复,而离体小鼠胸腺细胞在不加血清的 TC199或 RPM11640培养液中其 DNA 断链均不能重接修复,表明不同细胞 DNA 断链的重接修复所要求的细胞培养条件不同。     

各种自由基清除剂在γ射线辐照DNA损伤中的作用

为了对重离子辐照致DNA损伤中的自由基作用进行评估,本文利用γ射线对添加了各种自由基清除剂(甘露醇,维生素C和茶多酚)的质粒DNA进行辐照,凝胶电泳分析的结果表明,三种自由基清除剂对DNA均有很好的保护作用.在相同自由基清除剂浓度的情况下,甘露醇比维生素C具有更强的清除自由基的作用.与重离子辐照情况相比,这几种自由基清除剂对γ射线产生的自由基的清除作用更为明显.     

离子致DNA损伤的实验研究

脱氧核糖核酸(DNA)是辐射生物学效应最重要的靶分子,研究其电离辐射损伤具有重要意义。DNA双链断裂被认为是最重要的原初损伤。此实验用原子力显微镜研究重离子致DNA双链断裂。 首先设计了~(241)Am放射源辐照装置,用它产生的能量为5.48 MeV的α粒子(在水中的LET约为90 keV/μm),对大肠杆菌的超螺旋状ρ GEM-T质粒DNA进行了辐照。辐照剂量为1、4、8和12 Gy。     

重离子照射肿瘤细胞的相对生物学效应值

对人肝癌细胞SMMC-7721细胞和黑色素瘤细胞A375细胞,进行80.55MeV 12C6 离子、X射线和γ射线照射,通过克隆存活实验获剂量-存活曲线,以X射线或γ射线为标准,计算重离子的相对生物学效应(Relative biological effectiveness,RBE ).结果显示,两种细胞的重离子RBE值都大于1,且分次照射的RBE大于单次照射.重离子照射SMMC-7721细胞的RBE高于A375细胞,分次照射的差异更明显.重离子具有独特的物理特性及高传能线密度(Line energy transfer,LET)下的强杀伤作用,可有效杀伤不同肿瘤细胞,减弱了细胞间的敏感性差异.临床的分次照射重离子治疗时,细胞的亚致死修复明显降低,可采取较少的照射次数达到杀伤肿瘤的目的,提高肿瘤治疗效率,减轻病人痛苦.     

研究微剂量学的Q型计数器

探讨了在纳米量级研究重离子微量剂量学的重要性，在此基础上建立了一套研究重离子微剂量学的实验装置。它包括探测器，可远距离遥控的高精度三维微动装置，足够大的靶室系统，可对工作气体的气压进行测量和调节的气压稳定系统以及进行电离分布研究的电子学系统。     

重离子束辐照对苜蓿外植体离体培养的影响及下胚轴再生体的RAPD分析

采用初始能量为100 MeV/u的重离子束12C6 对紫花苜蓿下胚轴及子叶外植体进行辐照处理,研究重离子辐照对愈伤组织诱导状态及诱导率、愈伤组织相对生长率、体细胞胚诱导率及植株再生的影响.结果表明,重离子辐照对下胚轴及子叶愈伤组织的诱导具有抑制作用,且出愈率随着辐照剂量的增大而降低;在继代培养过程中,其愈伤组织相对生长率均高于对照组,外植体本身对重离子辐照所造成的损伤具有恢复能力;辐照处理对体细胞胚胎诱导也有影响,30Gy时,下胚轴诱导的体细胞胚胎发生较对照组早,数量多,较早地得到再生植株;而50 Gy时,所得到的体细胞胚未能发育成再生植株.同时应用随机扩增多态性DNA (Random amplified polymorphic DNA,RAPD)技术对重离子辐照处理下胚轴所得再生植株进行检测分析,结果表明:所采用的20条随机引物中有11条在对照及处理组所得再生植株之间扩增出差异性多态条带,表明了重离子辐照引起苜蓿再生植株基因组DNA发生变异.     

当归红芪超滤物对重离子12C6+辐射肝癌细胞DNA损伤修复的影响

将人肝癌H22细胞分成4组,分别为对照组、药物组(100 mg/L)、辐射组(2 Gy)及联合组(100 mg/L药物 + 2 Gy照射),采用CCK-8法、单细胞凝胶电泳、γ-H2AX免疫荧光原位杂交技术以及Western Blotting印迹法,研究当归红芪超滤物(Radix Angelicae Sinensis and Radix Hedysari, RAS-RH)对重离子¹²C⁶⁺辐射引起人肝癌H22细胞DNA损伤修复的影响和其可能的机制。结果表明,在0～72 h和给药剂量为5～200 mg/L范围内,RAS-RH对人肝癌H22细胞的增殖抑制作用具有时间和剂量依赖性,其20%抑制浓度IC₂₀为(117.6±2.15)mg/L;单细胞凝胶电泳显示联合组头部DNA含量低于辐射组,而尾部DNA含量、尾距TM、Olive尾距OTM均高于辐射组;γ-H2AX免疫荧光原位杂交技术发现RAS-RH不增加重离子¹²C⁶⁺辐射引起的DNA损伤,但在2—12 h,DNA双链断裂的γ-H2AX foci修复作用被RAS-RH抑制,DNA损伤持续存在;Western Blotting显示RAS-RH通过下调Ku70/80及Rad51的蛋白表达,抑制γ-H2AX的聚集。以上结果说明RAS-RH对人肝癌H22细胞的辐射增敏作用可能是下调DNA损伤修复相关因子Ku70/80及Rad51的表达。     

低速重离子在热等离子体中电子能量损失的Z1振荡效应

关于离子束和等离子体相互作用的实验和理论结果现已有大量报道【’一幻。这些研究的最重要的结果就是重离子在热等离子体中的能量损失较之在冷物质中有显著增强，而且离子的有效电荷也较在冷物质中大大增加。关于在冷物质中低速重离子电子阻止本领的电荷ZI振荡在实验上和理论上都有明确的结论＊司，而在等离子体中，低速重离子阻止本领随着＆的变化还没有得到较透彻的研究。我们应用量子散射理论具体计算了热等离子体靶对低速重离子的电子阻止本领。应用散射理论，带有电荷为ZI，速度为［）的重离子贯穿热等离子体时的电子阻止本领为（dE…     

耐辐射球菌Deinococcus radiodurans辐射抗性的研究进展

耐辐射球菌（Deinococcus radiodurans）是迄今为止发现的对电离辐射、紫外线、过氧化氢等一些DNA损伤剂都具有极强抗性的微小球菌，研究表明，这种独特抗性归因于其具有高效而准确的DNA修复系统。公认的耐辐射球菌有3种DNA修复方式：碱基切除修复、核苷酸切除修复和重组修复。对于耐辐射球菌是否具有SOS易错修复尚存争议，染色体DNA的降解和排除细胞外有利于DNA修复的正确和顺利进行，但DNA修复过程的分子柚是了解却甚少。     

重离子加速器磁铁电源控制系统研制

重离子加速器通过一定周期的磁场对带电粒子进行约束,磁铁电源是产生所需磁场的关键部件,因此,要求磁铁电源控制系统具备高效性、稳定性、精确性。磁铁电源需按加速器运行周期进行响应运行。重离子加速器磁铁电源的时序必须严格按重离子加速器控制系统的控制时序进行控制。本工作研制了重离子加速器磁铁电源控制系统,通过磁铁电源控制器与同步时钟系统的通信进行控制时序的运行;通过与中央数据库的数据通信获取磁铁电源控制器所需的全部数据(如同步事例数据、波形数据等)。同步时钟信号一旦触发,磁铁电源控制器进行相应的数据获取并进行插值运算输出至磁铁电源进行控制。重离子加速器磁铁电源控制系统同步精度为1μs,实验平台测试控制器平台纹波精度为100ppm,能满足重离子加速器实验运行的要求。     

中子雷姆计测量兰州重离子研究装置（HIRFL）辐射场的安全性评估

兰州重离子加速器运行中，一个实验终端打靶做物理实验，其它终端上是否允许进行实验准备工作？这对于提高加速器束流利用率，多做实验是至关重要的，本文式图从现场的剂量监测结果回答这一问题。     

相对论重离子碰撞中QCD相图的实验研究

量子色动力学（Quantum Chromodynamics,QCD）相图结构和相变临界点是高能物理理论和实验的研究热点。相对论重离子碰撞是探索QCD相图结构、寻找QCD相变临界点的有力工具。美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机（Relativistic Heavy Ion Collider,RHIC）是目前世界上进行高能重离子碰撞的大型实验装置之一，其中的STAR(Solenoidal Tracker at RHIC)实验致力于高温高密条件下夸克胶子等离子体（Quark Gluon Plasma,QGP）性质以及QCD相结构的实验研究。本文着重介绍近年来RHIC-STAR能量扫描实验中运用守恒荷高阶矩和轻核产生寻找QCD相变临界点的研究进展，最后将对高重子密度区QCD相结构的未来研究做出展望。     

加速12C6+离子照射诱发人肝癌细胞SMMC-7721的DNA双链断裂

重离子为高传能线密度(LET)辐射,在引起肿瘤细胞失活上有更大的相对生物学效应。DNA的双链断裂在细胞辐射损伤中是极其重要的,其最终导致细胞的失活。本实验研究检测细胞DNA的双链断裂(DSB),以探讨细胞失活的机理。用脉冲场凝胶电泳方法结合溴乙锭染色的荧光扫描技术,定量测定^12C^6 锈导人肝癌细胞SMMC-7721 DNA的DSB剂量效应关系。结果发现,DNA片段释放百分比随吸收剂量的增加而增加。