Model development for estimating radiation effects in non-uniform radiation fields

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K17215
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 52040:Radiological sciences-related
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Matsuya Yusuke 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究員 (20826929)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 不均一照射 / 細胞死 / 細胞間シグナリング / 数理モデル

Outline of Final Research Achievements

In this study, we investigated the biological effects by intercellular signaling between irradiated and non-irradiated cells under non-uniform radiation fields from standpoints of cell experiments and computational science. Modifying an existing cell-killing model, we have developed a new model considering intercellular signaling between irradiated and non-irradiated cells. Using simple non-uniform radiation field, in which 50% area of cell culture flask was shielded, and complex clinical radiation fields, we also evaluated the impact of intercellular signaling on radiosensitivity. Through these studies, we have succeeded in developing a theoretical model that enables predicting tumor control and side effects of normal cells in intensity-modulated radiation therapy with high precision.

Free Research Field

放射線生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

染色体スケールの微視的エネルギー付与分布やDNA損傷応答、細胞間シグナリングを総合的に考慮して、不均一放射線照射後に発生する細胞死を再現する数理モデルの開発に成功した。様々な不均一放射線場にて変化する放射線感受性を高精度に予測可能な本研究のモデリングは、効率的な腫瘍制御法や正常細胞の副反応の評価を実現する基盤となるものである。今後本研究で得られた成果を基盤に研究を進展させることにより、放射線被ばく後の生物学的効果の正確な理解につながると考えられる。