細胞間ネットワークとDNA損傷シミュレーションを統合した放射線治療基盤の開発

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K15560
• Research Institution: Hokkaido University of Science
• Principal Investigator: 佐々木 恒平 北海道科学大学, 保健医療学部, 准教授 (20736376)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 放射線生物学 / 細胞間シグナル伝達 / モンテカルロシミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

汎用放射線輸送コード（PHITS）によってマクロな吸収線量計算を行い、CT画像から体内での放射線エネルギー付与を求めた。
さらに、DNAレベルでの損傷を把握するため、nmスケールまで放射線を追跡可能なプログラムであるGeant4-DNAを用いて電子線の解析を行った。これにより、上記PHITSシミュレーションで求めた体内エネルギー付与から生じるDNA損傷を推定した。
また、WI-38細胞株に対しX線を照射した系を用いて、シミュレーションモデルを構築した。実験では、X線照射エリアと非照射エリアを区別し、照射後２, ６, １０, 15, 30, 60, 180, 360分のタイミングでγ-H2AX　assayによりDNA二本鎖切断を観測した。この実験系で、放射線照射後の照射エリアからの距離とDNA損傷が生じた時間の関係（DNA損傷ダイナミックス）が得られた。この実験データをもとに、細胞間シグナル伝達のモデル化を行った。細胞間では放射線がヒットした細胞と、ヒットしない細胞との間にシグナル伝達が起こり、放射線効果の修飾が生じるため、細胞間シグナル伝達シミュレーションによって、細胞に対する放射線線量に対する放射線影響の波及範囲を推定した。
上記、体内での吸収線量計算、DNA損傷シミュレーション結果に対し、細胞間ネットワークシミュレーションを統合する環境の開発を進めた。
シミュレーションは培養細胞にX線を照射した実験結果に対しパラメータの最適化を試みているが、他の線種に対してもフィッティングを行い、そこから新たな知見を得る予定である。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

汎用なシミュレーションモデル構築のため、様々な条件で細胞実験を行う予定であったが、研究環境の大幅な変化に伴い遅延している。

Strategy for Future Research Activity

開発中のシミュレーションプログラムは培養細胞にX線を照射した実験結果に対しパラメータの最適化を試みているが、他の線種に対してもフィッティングを行い、そこから新たな知見を得る予定である。

Causes of Carryover

コロナ禍による実験環境および実験スケジュールの大幅な変化により次年度使用額が生じた。次年度遅延している実験を再開してデータを取得する予定である。