扩展微剂量测量玛模型 (MGM) 以估计由质子和离子诱导的DNA损伤及其在宏观尺度上的复杂性
Victor V Onecha1, Jan Schuemann1, Harald Paganetti1
1Department of Radiation Oncology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States of America.
Physics in medicine and biology
|October 9, 2025
概括
这项研究引入了一种有效的方法来模拟DNA双链断裂 (DSB) 和它们在粒子治疗中的复杂性. 这种新方法显著加快了对质子和α粒子的计算速度,有助于生物有效性评估.
科学领域:
- 医学物理 医学物理
- 辐射生物学 辐射生物学
- 计算生物学 计算生物学
背景情况:
- 放射治疗依赖于DNA损伤,特别是双链断裂 (DSB),用于细胞死亡.
- 像质子和离子这样的高线性能量转移 (LET) 粒子诱导复杂的DSB,提高生物效率.
- 目前的蒙特卡洛 (MC) 模拟DNA损伤的计算密集,限制范围.
研究的目的:
- 开发一种有效的方法来估计在宏观场景中的DNA双链断裂 (DSB) 数量和复杂性.
- 将微量对称马模型 (MGM) 集成到TOPAS MC工具包中,用于宏观的DNA损伤模拟.
- 评估由质子,离子和α发射放射性药物诱导的DNA损伤.
主要方法:
- 利用微量测量马模型 (MGM) 进行DSB和复杂性的分析预测.
- 将MGM集成到TOPAS MC工具包中,创建用于宏观模拟的TOPAS-MGM.
- 使用质子和光束在体外形状的几何结构和水幽灵中模拟DNA损伤.
主要成果:
- 托帕斯-MGM模拟比DNA规模的模拟速度快10万倍,并具有一致的DNA损伤输出.
- 质子和离子束在布拉格峰上显示了增加的DSB数量和复杂性.
- 阿尔法发射放射性药物诱导了异质的DNA损伤模式.
结论:
- 托帕斯-MGM方法可以在宏观场景中有效模拟质子和α粒子的DNA损伤和复杂性.
- 这种方法可以预测细胞死亡,并使用DNA损伤指标评估颗粒疗法的生物有效性.
- 这些发现支持粒子治疗和放射性药物研究的先进建模.
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