Development of DNA damage estimation system based on spatial pattern of radiation track structure

基于辐射轨迹结构空间格局的DNA损伤估计系统研制

• 批准号: 22H03744
• 负责人: 松谷 悠佑
• 金额: $ 9.98万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H03744/
• 关键词: 放射線飛跡構造解析; 化学過程のモデリング; DNA損傷; 陽子・中性子照射; 炭素線照射; DNA損傷予測モデル; 化学モデル; 一本鎖切断; 二本鎖切断; クラスター損傷; 高LET放射線; 放射線飛跡構解析

令和4年度は、DNA損傷を高速に推定可能なDNA損傷予測システムの開発に向けて、(1)化学モデルの開発、(2)イオン線照射実験の準備、(3)光子線や炭素線照射後のDNA損傷測定データの蓄積を進めた。開発や測定を進める中で得られた成果の一部は、国際的に著名なジャーナルにて3報の発表を行った。当該年度の化学モデルの開発においては、既存の放射線輸送計算コードPHITSに実装されているイオン飛跡構造解析モードKURBUCを応用し、陽子線照射後のDNA損傷収率の計算を行うことで、高LET照射時の化学過程の重要性を確認した。同時に、当初予定していなかったが、PHITSによる計算から得られる相互作用の空間情報から、ラジカルの初期収量と時間変化を計算するコード開発に成功し、DNA損傷の発生メカニズムに関する研究を一層進めている。このコード開発に基づき、DNA損傷予測を高精度に再現する化学モデルの開発に着手した。次に、当該年度の照射実験の準備については、東北大学高速中性子実験室の陽子ビームと中性子線の物理特性の評価を進めた。同時に、高崎量子応用研究所に設置されている低エネルギー炭素イオン源（TIARA）を使用した照射実験を行い、原子間力顕微鏡を使用することで、25 MeV/nおよび10 MeV/n炭素線（高LETイオン線）照射後に発生する様々なDNA損傷（一本鎖切断、二本鎖切断、クラスター損傷）収量の定量的測定に成功した。現在、得られた実測値に基づき、開発中の化学モデルの妥当性の確認を進めている。以上の化学モデル開発ならびにイオン線照射実験の蓄積から、高LET放射線後の化学過程の重要性が確認され、化学モデル開発の開発ならびに検証を大いに進展させることに成功した。したがって、様々な放射線タイプにより生じるDNA損傷を高速に推定可能なDNA損傷予測システムの開発に向けて大幅に研究が進展したと思われる。

Make annual は, DNA damage and 4 を high-speed に presumption may な DNA damage can be シ ス テ ム の open 発 に to け て, (1) chemical モ デ ル の 発, (2) イ オ ン irradiation be 験 の preparation, (3) photons line や carbon determination of DNA damage after irradiation の デ ー タ の accumulation を into め た. Determination of open 発 や を into め る で in ら れ た results の a は, international famous に な ジ ャ ー ナ ル に て 3 quote の 発 table line を っ た. When the annual の chemical モ デ ル の open 発 に お い て は, existing の radiation transmission calculation コ ー ド PHITS に be loaded さ れ て い る イ オ ン flying track structure モ ー ド KURBUC を 応 し, yoko の DNA damage after irradiation の 収 rate calculation line を う こ と で importance, high LET radiation の chemical process の を confirm し た. に, at the same time had designated し て い な か っ た が, PHITS に よ る computing か ら must ら れ る の interaction space intelligence か ら, ラ ジ カ ル の early 収 と time variations change を calculating す る コ ー ド open 発 に successful し, DNA damage の 発 raw メ カ ニ ズ ム に masato す る research を layer into め て い る. こ の コ ー ド open 発 に base づ き, DNA damage can be を high-precision に reproduce す る chemical モ デ ル の open 発 に to し た. に, when the annual の irradiation be 験 の prepare に つ い て in high-speed は, northeast university temper be 験 chamber の yoko ビ ー ム と temper line の physical properties in の review 価 を into め た. に at the same time, gaoqi quantum 応 institute に set さ れ て い る low エ ネ ル ギ ー carbon イ オ ン source (TIARA) を use し た irradiation be 験 を い, interatomic force 顕 micromirror を use す る こ と で, 25 MeV/n お よ び 10 After irradiation with MeV/n carbon wire (high LET <s:1> <s:1> wire), に する type 々なDNA damage (one-strand cleft, two-strand cleft, <s:1> ラスタ <s:1> damage) occurred. The <s:1> quantitative determination に was successful and た た た. Now, the られた actual measured values に are based on づ られた, and the feasibility of the <s:1> chemistry モデ <s:1> in development is confirmed to be を in めて る る. Above の chemical モ デ ル open 発 な ら び に イ オ ン irradiation be 験 の accumulation か ら, high LET radiation importance の が の chemical process after confirmed さ れ, chemical モ デ ル open 発 の open 発 な ら び に 検 を huge い に progress さ せ る こ と に successful し た. し た が っ て, others 々 な radiation タ イ プ に よ り raw じ る DNA damage を high-speed に presumption may な DNA damage can be シ ス テ ム の open 発 に to け て sharply に research が し た と think わ れ る.

项目成果

Mayo clinic(米国)

梅奥诊所（美国）

Biophysical Modelling of Radiation Responses after Exposure to Ionizing Radiation Based on the PHITS Code and the IMK Model

基于 PHITS 代码和 IMK 模型的电离辐射暴露后辐射响应的生物物理模型

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Matsuya;R. Saga
• 通讯作者: R. Saga

Application of a simple DNA damage model developed for electrons to proton irradiation

• DOI: 10.1088/1361-6560/ac9a20
• 发表时间: 2022-11-07
• 期刊: PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY
• 影响因子: 3.5
• 作者: Matsuya, Yusuke;Kai, Takeshi;Sato, Tatsuhiko
• 通讯作者: Sato, Tatsuhiko

Evaluation of complex DNA double-strand breaks after exposure to photon beams by means of γ-H2AX focus formation assay and Monte Carlo track-structure simulation

通过 γ-H2AX 焦点形成测定和蒙特卡罗轨迹结构模拟评估光子束照射后的复杂 DNA 双链断裂

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Yachi;Y. Matsuya;Y. Yoshii;H. Fukunaga;T. Kai
• 通讯作者: T. Kai