放射生物学 PPT课件
放射性核素治疗学PPT课件PPT61页
放射性核素治疗的 生物学基础及进展
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第一节 放射性核素治疗的生物学 基础
一、放射性核素治疗的原理
利用载体或介入措施将放射性核素靶向运送到病变 组织或细胞，或病变组织与细胞能主动摄取放射性药物， 使放射性核素与病变细胞紧密结合，辐射剂量主要集中 于病灶内，发挥最大的治疗作用而对正常组织的损伤尽 可能减小。
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放射性核素治疗的物理化学原理：
1.直接作用
2.间接作用
放射性药物浓聚的生物学基础 ：
1. 器官组织的生理功能主动摄取 2. 病变细胞或组织的某些病理特性摄取
3. 影响放射性药物摄取的组织因素
如：血流灌注、血管外间隙的增加、静水压和毛细血管 通透性改变等。
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放射性药物的摄取和滞留
一、肿瘤的放射免疫治疗
（一）原理
用放射性核素标记肿瘤相关抗原的特异性抗体， 以抗体作为核素载体，与肿瘤相应抗原结合，使肿瘤 组织内浓聚大量的放射性核素，并滞留较长时间。放 射性核素衰变过程中发射射线的辐照作用破坏或干扰 肿瘤细胞的结构或功能，起到抑制、杀伤或杀死肿瘤 细胞的治疗作用。
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2. 发射β射线的核素：短射程（<200μm），中射 程（200μm~1mm），长射程（>1mm）。131I、 32P、89Sr、90Y等
3. 电子俘获或内转换发射俄歇电子或内转换电子的核素： 射程多为10nm，只有当衰变位置靠近DNA时，才产 生治疗作用。 125I-IUdR
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第二节 放射性核素治疗的进展
2．调整131I剂量的因素
①增加剂量的因素：对于甲状腺较大或质地较硬者， 结节性甲状腺肿伴甲亢者，年老、病程长、抗甲 状腺药物治疗效果差者，有效半衰期较短者应适 当增加治疗剂量。
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临床放射生物学分次照射中的生物因素4R放射治疗中的分次照射分次照射的治疗模式是以时间—剂量因子对生物效应的影响和作用机制为基础的，通过调整每次照射的时间间隔和照射剂量，达到保护周围正常组织，并最大限度的杀灭肿瘤组织，获得最佳治疗效果。
放射治疗中的分次照射放射治疗从一开始基本就是一种分次治疗的模式：•1896年1月29日芝加哥报道开始为一位乳腺癌病人进行了每天一次，共18次的治疗。
•第一例单纯采用放射治疗治愈的肿瘤病人是一位49岁的患鼻根部基底细胞癌的妇女。
治疗开始于1899年7月4日共照射了99次。
治疗30年后也没发现有残余病灶的证据，说明完全治愈了。
放射治疗中的分次照射•自20世纪30年代以来，以临床实践经验为基础建立起来的分次照射治疗方法(每周5次，每次2Gy)已被认为是标准方法。
•长期大量的临床实践表明，这种方法基本上符合大多数情况下正常组织和肿瘤组织对射线反应差异的客观规律，起到了保护正常组织和保证一定肿瘤细胞群杀灭率的作用。
分次照射中的生物因素（4R）•放射损伤的修复(R epair of radiationdamage)•再群体化(R epopulation)•细胞周期的再分布(R edistribution within the cell cycle)•乏氧细胞的再氧化(R e-oxygenation of hypoxia cel（一）放射损伤的修复(R epair of radiation damage)1.细胞的放射损伤•任何活体组织及细胞都会有其耐受剂量，人体正常组织也不例外，当肿瘤致死剂量超过了正常组织的耐受剂量时,治愈肿瘤将会使正常组织出现不可接受的放射损伤。
•放射损伤的关键靶是DNA，造成DNA链的断裂（SSB和DSB）•放射损伤概括为亚致死性损伤·潜在致死性损伤和致死性损伤放射损伤的修复(R epair of radiation damage) 2.放射损伤的修复（1）亚致死损伤的修复(STD)定义：某一既定单次照射剂量分成间隔一定时间的两次所观察到的存活细胞增加的现象。
放射生物学课件-第三节电离辐射的遗传效应
a假设部分被包含在孟德尔遗传病内，部分被包含在多因素遗传病内。
根据联合国原子辐射效应科学委员会UNSCEAR2001年的报告，目前对于连 续低LET、低剂量或慢性照射遗传风险的估算如表格所示，每Gy的贡献为 孟德尔遗传病为750到1500每百万人，多因素遗传病为2250到3200每百万 人，染色体变化被包含在两者以内，没有单独列出。 需要指出的是，与三种遗传病基线频率相比，电离辐射每剂量单位的贡献 是很低的，每Gy总的风险约为基线风险的0.41-0.64%，处于一个很低的水 平，如果再考虑有遗传意义的人群，也就是具有生育下一代机会的人群在 所有年龄人群的比例，总的危险系统要下降到0.1%。 我们知道电离辐射的随机性效应包括了遗传效应和致癌效应两类，但是目 前对于电离辐射的遗传效应的关注度是在逐步下降的，如今辐射致癌效应 被认为是最重要的随机性效应。 好，本次课我们就上到这里，谢谢！
目前对连续低LET、低剂量或慢性照射遗传风险的估算
（来自UNSCEAR，2001；假定加倍剂量：1 Gy）
疾病种类
每百万人
孟德尔遗传病
24000
染色体变化
4000
多因素遗传病
71000
总计
738000
总危险(基线的百分率 ）-
每Gy每百万人 750～1500
a 2250～3200 3000～4700 0.41～0.64
遗传病分类
➢ 孟德尔遗传病
常染色体或性染色体上的单基因突变引起的疾病。 多指、镰状细胞贫血、色盲、血友病。
➢ 染色体变化
染色体结构或数目异常引起的疾病。 唐氏综合征。
➢ 多因素遗传病
疾病具有遗传因素，但是传递方式不能以简单的孟德尔遗传病 进行描述。 唇裂、腭裂、糖尿病、原发性高血压、冠心病。
放射生物学课件-第三节电离辐射与细胞周期
电离辐射使细胞通过S期的进程减慢，称为S期延迟，与 DNA合成速率下降有关。电离辐射对DNA合成的抑制呈 现双相的剂量-效应关系，较低剂量范围内，剂量效应曲 线斜率较大，即DNA合成速率下降较快；较高剂量范围 内则其斜率变小。 电离辐射诱导的S/M期解偶联是指照射后处于G2期的细 胞既不能进入M期，也不发生G2期阻滞，而是返回S期 ，继续进行DNA复制，使细胞形成内含数倍DNA而不进 行分裂的巨细胞，最终细胞死亡。这是辐射诱导细胞死
S期延迟
电离辐射对DNA合成的抑制呈现双相的剂量-效应关系，较 低剂量范围内，剂量效应曲线斜率较大，较高剂量范围内 则其斜率变小
S/M期解偶联
照射后处于G2期的细胞既不能进入M期，也不发生G2期阻 滞，而是返回S期，继续进行DNA复制，使细胞形成内含 数 倍DNA而不进行分裂的巨细胞，最终细胞死亡。
反过来，电离辐射对细胞周期进程也有明显的 影响。电离辐射通过诱导细胞周期G1期阻滞、 G2/M期阻滞、S期延迟及S/M期解偶联从而影响 细胞周期进程。电离辐射照射后使处于周期中 的细胞暂时停留在G1期即为辐射诱导的G1期阻 滞。其阻滞的程度和时间取决于细胞受照剂量 ，而且并非所有的细胞系在照射后都出现G1期 阻滞，只有表达野生型p53的细胞表现出辐射诱 导的G1期阻滞。
G2/M 细胞周期检查点
CDC2：即CDK1
电离辐射引起细胞阻滞在G2/M期，主要是G2/M
细胞周期检查点在起作用。该检查点可防止带有 DNA 损伤的细胞进入有丝分裂期。DNA损伤信号 激活ATM，ATM磷酸化激活Chk2，后者可磷酸化 并摧毁磷酸酶Cdc25，阻止CDK1激活，诱发 G2/M阻滞。
G1/S 细胞周期检查点
CDC2：即CDK1
电离辐射引起细胞阻滞在G1/S期，主要是G1/S 细胞周期检查点在起作用。DNA损伤信号激活 ATM，ATM一方面磷酸化p53和其负调控因子mdm2 ，促进p53与mdm2分子分离，从而阻止p53泛素 化降解；另一方面ATM磷酸化Chk2，后者介导的 p53磷酸化进一步增加p53自身的蛋白稳定性。 P53蛋白水平上升激活靶基因p21转录，p21蛋白 是CDK2激酶的抑制剂，由此阻滞G1/S期进程。
放射生物学
放射生物学RadiobiologyMing Liu, MDProfessor of Radiation OncologyDirector of the Department of Radiation Oncology The Third Hospital of Hebei Medical University Ziqiang Road 139, Shijiazhuang, Hebei, China 050051 E-mail: lming65@放射肿瘤学Radiation oncology 放射肿瘤学的基础:放射物理学放射生物学临床肿瘤学放射生物学Radiobiology 放射生物学研究的是辐射对生物体作用及其效应规律的一门科学To describe the nature of the interactions and the consequences when macromolecules, cells, tissues and whole bodies are subject to ionizing radiationRadiobiology ⏹电离辐射对生物体的作用⏹电离辐射的细胞效应⏹电离辐射对肿瘤组织的作用⏹正常组织及器官的放射效应⏹分次治疗的生物学基础Radiobiology ⏹电离辐射对生物体的作用⏹电离辐射的细胞效应⏹电离辐射对肿瘤组织的作用⏹正常组织及器官的放射效应⏹分次治疗的生物学基础Radiobiology 电离辐射对生物体的作用物理阶段化学阶段生物阶段物理阶段10-18—10-12s射线照射路径上的能量释放激发电离化学阶段激发电离化学键断裂自由基形成修复正常分子结构破坏生物阶段分子结构破坏修复酶反应基因变异/癌变DNA不能复制/有丝分裂停止细胞死亡放射生物学Radiobiology ⏹电离辐射对生物体的作用⏹电离辐射的细胞效应⏹电离辐射对肿瘤组织的作用⏹正常组织及器官的放射效应⏹分次治疗的生物学基础电离辐射的直接作用和间接作用辐射导致的DNA分子断裂分为两类：直接作用和间接作用。
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②对放射敏感的富氧细胞选择性杀灭，远离血管的乏氧细胞和血管的距离缩短。
在临床工作中我们可观察到这么一个现象，如肺癌放疗过程中大约2周时，病人出现进食吞咽痛的症状，经过 一段时间后，大约4周，尽管放射的剂量还继续累加，但病人的吞咽同明显减轻，其原因就是食道黏膜上皮的加速 再增殖，使食道黏膜的放射损伤有不同程度的恢复。这种在放疗过程中，细胞的增殖速率不一，在某一阶段内出 现加速增殖的现象，称之为加速再增殖。在放疗区内发生增殖的细胞有两种，一是从放射区外游走进入放射治疗 区进行克隆，例如皮肤、口腔黏膜、消化道黏膜放射损伤后就是通过此方式修复。另外就是照射体积内的细胞进 行克隆，肿瘤细胞就是通过这样的方式产生更多的肿瘤细胞，因而就需要额外的剂量来杀灭加速增殖产生的细胞。
放射后肿瘤内部分细胞获得放射阻抗也和一些因激活而致细胞修复能力改变相关。放射后的胞膜和胞浆可启 动不同传导路径，通过诱导一些转此之外， 放射也可改变酪氨酸激酶传导路径。
许多体内外实验显示，在放疗前或放疗后，由于肿瘤细胞生长环境不同于周围正常组织，细胞常处于基因不 稳定状态，大多分子靶向治疗都是针对肿瘤内异常表达的基因，通过抑制其活性来关闭该基因的传导路径。
临床意义：
预测剂量分割方式的生物效应。
不同剂量分割方式的等效转换。
4R
放射损伤的修 复
放射过程中的 细胞增殖
当细胞受到非致死放射剂量照射后，细胞通过自身的修复机制修复放射损伤，这种非致死放射性损伤包括： 潜在性致死性放射损伤；亚致死性放射损伤。在20世纪60年代Elkind发现受到PLD损伤的细胞，如果处于一个抑 制细胞分裂的环境，这个环境有助于细胞的修复。体外培养试验也证实在放疗后2-4小时内细胞已修复了大部分 SLD，然而不同的细胞的修复动力学也不一样，组织的修复动力学的研究表明SLD的修与照射后的时间呈指数关系， 常用半修复时间1/2T表示。分割剂量和细胞修复动力学的关系目前还不十分清楚，但有资料表明分割剂量大，细 胞的修复能力弱。
3第二章临床放射生物学
细胞死亡： 1.增殖性死亡：几个细胞周期以后才死 即失去无限增殖能力
亡，
2.间期性死亡(凋亡)：几个小时内就死亡，细 胞对放射敏感性较高，比如淋巴细胞 细胞凋亡:是基因控制的细胞自主有序的死亡， 是主动争取的一种死亡过程。就像树叶或花自然 凋落一样。
辐射所致细胞死亡
几百戈瑞的大剂量照射之后，所有细胞机能都中止，最终发生细 胞溶解，这种情况被认为是细胞即刻死亡或间期死亡； 用较低的几个戈瑞照射正在分裂或还能进行分裂的细胞（如骨髓 细胞系、皮肤或小肠隐窝），此时部分细胞丧失其分裂或增殖能力。 另一方面，存活细胞或能够生存发育的细胞是指保持细胞增殖能力， 并能够因此而形成集落或克隆的细胞，这些细胞称为克隆源性细胞。 在体内，肿瘤和正常组织只有一小部分细胞属于克隆源性细胞，受照 后期数量迅速减少。 上述细胞死亡定义对放射治疗具有特殊意义，因为肿瘤细胞即使全都 依然存在，但失去了无限增殖能力，并因此而失去了局部浸润或远地 转移的能力，这样也就达到局部控制的目的。 同样，对于正常组织，大多数急性和慢性放射效应都发生在丧失生存 发育能力的情况下。
三.细胞存活曲线
受照射的细胞保留完整的增殖能力，能无限分裂 产生大量子代细胞形成一个集落或克隆的干细胞 称为细胞存活
细胞存活曲线：用来定量描述辐射吸收剂量与存 活细胞数量的相关性的一种方法。
指数性存活曲线：
细胞存活率与照射剂量成指数性反比关系，即在细 胞放射敏感性不变时，剂量越大，细胞死亡越多； 而敏感度越低，细胞存活率越高； 以同一剂量照射放射敏感与放射抗拒的细胞，其存 活率不同。根据指数性反比关系，即使照射剂量达 到极大时（临床一般不可能用这么高的剂量），也 会有少数细胞存活。p40图 用密集电离辐射如中子、a粒子为放射源，可有这 种放射效应。
放射生物学课件-第四节胚胎和胎儿的辐射效应
电离辐射对人类妊娠的影响的数据主要来源与日本原子弹爆炸幸存者 的资料，虽然对于幸存者的辐射剂量的定量很困难，但是这些资料还 是具有重要的意义。首先，没有观察到妊娠15天内照射所致的出生缺 陷，这与动物实验在植入前期受照具有的全或无的致死效应相一致， 也就是植入前期受照存活的胚胎不会发生损伤效应。胚胎期在距离爆 心1500米照射，可导致儿童期身体矮小、体重降低，头部明显减小， 与对照组相比，平均身高要矮2.25厘米，体重轻3Kg，头径小1.1厘米 ，其中小头症可延续到成年。在受照时间上，在0-15周受照，可观察 到小头畸形。在8-15周受照，可观察到智力迟钝。在0-7周受照，虽然 可以引起小头畸形，但是不发生智力迟钝。
动物实验与人类资料的比较
这张图显示了动物实验与人类资料的比较，妊娠早期受照 可能产生胚胎死亡，但不发生畸形，动物实验显示在器官 发生期受照，主要产生畸形，在人类中主要发现是小头畸 形，其发生在妊娠的15周以内，在妊娠的8-15周受照，智 力迟钝发生率高，在16-25周受照智力迟钝发生率降低。
电离辐射对胚胎和胎儿的效应是同受照时间密切相关的， 不同时间受照发生不同的效应。好，本次课就上到这里， 谢谢！
胎儿期
➢ 造血系统、致死效应需要的剂量比妊娠
早期高很多。
第三是胎儿期，这时主要的器官脏器已经形成，在胎儿期继续 生长发育，小鼠大约从妊娠13天开始，相当于人的第6周之后 ，胎儿期放射敏感性相对较低，这时的电离辐射损伤效应包括 造血系统损伤、肝肾损伤，但是所有的效应发生需要的剂量相 对较高，胎儿期引起致死效应需要的剂量比妊娠早期高很多。
胚胎和胎儿的辐射效应
SOOCHOW UNIVERSITY
本次课我们学习一下电离辐射对胚胎和胎儿的作用，也就 是电离辐射作用于胚胎发育过程所产生的有害影响，称为 电离辐射的的发育毒性效应。 由于大鼠和小鼠繁殖的妊娠期比较短，便于进行发育毒性 效应的实验研究，所以我们目前关于电离辐射的的发育毒 性效应的数据大多来自于大鼠和小鼠实验。 下面我们按照胚胎在子宫的发育的3个阶段来介绍：
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临床放射生物学
主讲人：陈念永
目录 第一章概述
第二章人体解剖学
第三章细胞学说
第四章放射线与生物体的作用 第五章细胞存活与死亡
第六章放射损伤与修复
第七章放射线对正常组织的效应 第八章放射线对肿瘤组织的效应
概述 放射生物学
医师的知识要求
物理师的知识要求 现代放疗的要求步骤 放疗设备配备
第一节放射肿瘤学 肿瘤学
临床放射物理学 临床放射生物学 临床放射治疗学
第二节放射生物学 放射（或辐射）生物学是一门边缘学科，主要研究放射线对生物体的作用，观察不同质的放射线照射后的各种生物效应以及不同内、外因素对生物效应的影响。
范围涉及放射线对生物体作用的原初反应及其以后一系列的物理、化学和生物学方面的改变。
第三节医师的要求 临床医学知识
临床肿瘤学知识
临床放射物理学知识 临床放射生物学知识 临床放射治疗学知识 放射诊断学知识
第四节物理师的要求 解剖学知识
临床肿瘤学知识
临床放射物理学知识 临床放射生物学知识 临床放射治疗学知识 放射诊断学知识
第五
节现代放疗的步骤 临床资料收集（医生） 放疗目的明确（医生）治疗手段、方案的选择
一源的选择 源的选择（医生、物理师） 种类：根据所需能量。
放疗方式：体外、近距离或同位素带携
二计划设计 计划设计（物理师、医生） 靶区：由医生确定。
照射野、数量、入射方向：由物理师确定。
均匀
保护
三射野要求 设野要求： 简化
合理
优化
四射野原则 设野原则：
距离最近
避开紧要器官
靶区剂量均匀
五其
它步骤 计划设计（医生、技术员在模拟机上）
计划执行（技术员，物理师验证）
治疗中病人的检查与要求
随访
第六节放疗设备配备◆基本要求◆现代要求◆发展方向
一基本要求①C60……….深度治疗
②浅表……深部x线
③剂量监测
④腔内设备
二现代要求①X线……….直线加速器6-12MeV
②C60
③剂量监测：三维水箱
④模拟定位机
⑤治疗计划系统
⑥近距离：腔内、插植
三发展方向 发展方向
①适形放疗(Conformal）
②多叶光栏（MLC）
③3DTPS
④IMRT
⑤全数字化加速器
人
体解剖学概要⏹头颅部⏹颈部⏹头颅部
第一节头颅部◆颅内◆颅外◆颅底
一
颅内
脑 大脑：左脑、右脑
小脑
脑干：延脑、桥脑、丘脑。