彗星电泳检测^12C^6＋离子束辐照人类肝L02细胞的DNA损伤效应

以传能线密度为30keV/μm的^12C^6＋离子束辐照人类肝L02细胞,利用彗星电泳技术检测了以DNA链断裂为生物终点的DNA辐射损伤效应。CASP软件分析彗星图像,主要检测尾部DNA（TDNA%）、彗星全长（CL）、尾长（TL）、尾矩（TM）和Olive尾矩（OTM）等指标,SPSS11.5软件进行统计学分析,绘制并拟合TM-剂量曲线。结果显示,辐照以剂量依赖的方式引起L02细胞彗星图像各指标的增大,且TM值与剂量线性正相关。说明^12C^6＋离子束对DNA有较强的致损伤效应,且与剂量正相关。研究为正确评价重离子对人体正常组织的辐射风险及危害提供了一定的基础数据和依据。     

12C6+离子束辐照黄花蒿干种子当代生物学效应

利用12C6+重离子束对黄花蒿干种子辐照后,利用发芽率、根长、下胚轴长和株高4个指标研究不同剂量12C6+离子束辐照对黄花蒿的生物学效应。结果表明,随着辐照剂量的增加,黄花蒿的存活率和根长都呈现逐渐降低的趋势,而下胚轴长先上升后下降,株高总体呈现下降的趋势,但在60和90 Gy同时存在矮化与增高的植株。利用SRAP （sequence related amplified polymorphism）技术对辐照后M1代的黄花蒿植株进行研究,结果表明对照组和处理组之间的差异体现为特异性条带的变化。综合分析表明,12C6+的重离子辐照黄花蒿干种子可以产生显著的当代损伤效应,同时引起植物DNA的多态性变化。     

12C和X射线辐照人肺癌细胞H1299的生物学效应

用高传能线密度（LET）的12C离子束和低LET的X射线辐照体外培养的非小细胞肺癌H1299(p53基因缺失), 研究它们的辐照生物学效应的差异。 用克隆形成率法测定了细胞对射线的辐射敏感性; 用AnnexinV/PI试剂盒检测了细胞早期凋亡; 用流式细胞仪检测了细胞周期变化。 实验结果表明, 12C离子束辐照H1299细胞的存活率明显低于用X射线辐照的; 12C离子束引起H1299细胞的早期凋亡率明显高于X射线辐照引起的, 且持续时间更长; 12C离子束引起的H1299细胞G2/M期的抑制更明显。 说明H1299细胞对高LET的12C离子束的辐射敏感性高于对X射线的, 重离子对p53基因缺失型肿瘤的治疗可实施较低的照射剂量、 较少的照射次数和较长的时间间隔。     

^12C和X射线辐照人肺癌细胞H1299的生物学效应

用高传能线密度（LET）的^12C离子束和低LET的X射线辐照体外培养的非小细胞肺癌H1299（p53基因缺失）,研究它们的辐照生物学效应的差异。用克隆形成率法测定了细胞对射线的辐射敏感性;用AnnexinV/PI试剂盒检测了细胞早期凋亡;用流式细胞仪检测了细胞周期变化。实验结果表明,^12C离子束辐照H1299细胞的存活率明显低于用X射线辐照的;^12C离子束引起H1299细胞的早期凋亡率明显高于X射线辐照引起的,且持续时间更长;^12C离子束引起的H1299细胞G2/M期的抑制更明显。说明H1299细胞对高LET的^12C离子束的辐射敏感性高于对X射线的,重离子对p53基因缺失型肿瘤的治疗可实施较低的照射剂量、较少的照射次数和较长的时间间隔。     

重离子诱导细胞衰老研究

综述了细胞衰老诱导因素和衰老细胞的特征,提出细胞衰老在癌症发生发展过程中具有双重作用效应。同时,以X射线和12C6+离子束对黑色素瘤细胞系92-1或人正常成纤维细胞系MRC5进行辐照,观察分析DNA损伤应答效应和细胞衰老诱导。实验结果表明,相对于X射线,12C6+离子束能导致DNA团簇损伤,持续激活DNA损伤应答,更容易诱导细胞衰老;12C6+离子束能同时诱导癌细胞和正常细胞衰老。这些实验结果暗示开展12C6+离子束诱导细胞衰老研究具有紧迫性。     

~(12)C~(6+)离子束辐照紫苏干种子当代效应

利用兰州重离子研究装置(HIRFL)提供的12C6+离子束辐照紫苏干种子(辐照剂量为40,80和120Gy,剂量率4Gy/min),探讨了重离子束辐照对紫苏M1代的生物学效应。结果发现,经不同剂量的12C6+离子束辐照后,紫苏种子的发芽率、发芽势、存活率、株高、分枝数、单株产量和千粒重等生物学性状均发生了变化,其中发芽势、单株产量和千粒重随辐照剂量的提高而降低,且有明显的剂量效应关系,但发芽率、大田成活率、株高和分枝数却随辐照剂量的增大,呈现出明显的"抛物线"趋势;紫苏幼苗根尖细胞的微核率和染色体畸变率随辐照剂量增加呈线性增加关系。这表明:12C6+重离子束辐照紫苏种子,具有明显的当代损伤效应,在本试验剂量范围内,低剂量辐照对发芽率和成活率有促进作用。     

羧甲基-β-1,3-葡聚糖对人肝癌HepG2细胞的放射增敏作用

本研究旨在探讨羧甲基-β-1,3葡聚糖（CMG）对人肝癌HepG2细胞X射线或12C6+离子束辐射敏感性的影响。首先用CCK-8法检测CMG对HepG2细胞的生长抑制情况,得到半数抑制浓度（IC50）为120.6μg/mL。用浓度为0.1×IC50的CMG预处理HepG2细胞24 h,再给予2 Gy X射线或12C6+离子束辐照（CMG+辐照组）;CMG未处理组直接接受2 Gy X射线或12C6+离子束辐照（辐照组）。对比分析辐照组和CMG+辐照组细胞的克隆存活、DNA损伤、凋亡与周期分布、细胞内活性氧（ROS）水平。发现:与X射线辐照组相比,相同剂量的12C6+离子辐照组克隆存活率更小,DNA损伤和周期阻滞更加严重,细胞凋亡率和细胞内ROS水平也更高。与单独X射线或12C6+离子束辐照组相比,CMG+辐照组克隆存活率明显降低,细胞凋亡率随辐照后CMG作用时间的延长而明显增加,CMG使辐照后细胞内ROS维持在一个较高的水平,同时CMG明显加重了单独辐照诱导的DNA损伤和周期阻滞。结果表明,与X射线相比,HepG2细胞对相同剂量的12C6+离子辐射更敏感;CMG可增加HepG2细胞对X射线或12C6+离子辐射的敏感性;CMG可能通过增加受照HepG2细胞内的ROS水平,加剧辐照诱导的DNA损伤,促进辐射诱导细胞凋亡而起到辐射增敏作用。This study aims to investigate the effect of carboxymethy-β-1, 3-glucan (CMG) on the sensitivity of human hepatoma HepG2 cells to X-rays or 12C6+ ions irradiation. First, the inhibitory effect of CMG on the growth of HepG2 cells was detected by CCK-8 assay, and the half maximal inhibitory concentration (IC50) was 120.6 μg/mL. HepG2 cells were pretreated with CMG at a concentration of 0.1×IC50 for 24 h and then irradiated with 2 Gy X-ray or 12C6+ ion beams (CMG + irradiation group). CMG untreated group was directly irradiated by 2 Gy X-rays or 12C6+ ions beam (irradiation group). The clone survival, DNA damage, cell apoptosis, cell cycle distribution, and intracellular reactive oxygen species (ROS) levels in irradiation group and CMG + irradiation group were comparatively analyzed. The results showed that the clone survival rate was lower, DNA damage and cycle arrest were more serious, and the rate of apoptosis and intracellular ROS levels were higher in 12C6+ ions irradiation group than those in the same dose of X-rays irradiation group. Compared with X-rays or 12C6+ ions irradiation group, the clone survival rate of CMG + irradiation group was significantly decreased, and the apoptosis rate significantly increased with the prolongation of CMG treatment post-irradiation; CMG maintained intracellular ROS at a higher level after irradiation, CMG also significantly aggravated radiation-induced DNA damage and cycle arrest. These results indicated that HepG2 cells were more sensitive to 12C6+ ions radiation than those at the same dose of X-rays. CMG increased the sensitivity of HepG2 cells to X-rays or 12C6+ ions irradiation by increasing intracellular ROS level, exacerbating radiation-induced DNA damage and promoting radiation-induced apoptosis in irradiated HepG2 cells.     

~(12)C~(6+)高能重离子辐照大葱损伤及其分子生物学效应

利用30,90,180Gy3种剂量的12C6+重离子束辐照大葱种子,研究其在细胞水平和农艺性状的诱变效应并进行RAPD分析。通过与M1代的研究结果比较后表明:经过不同剂量12C6+重离子照射后能有效地诱导大葱细胞形成微核和染色体畸变,这种诱变效应,在M2代仍然有所表现。M1代大葱结果期的株高、白长、花序直径和种子产量随辐照剂量增加产生明显差别,其中30Gy辐照组增幅最大。大葱总水溶性蛋白质和维生素C的含量在30Gy组中积累最多,在90Gy组有明显下降。与M1代一致,M2代中大葱染色体微核率及RAPD分析所得的DNA多态性比率仍然与辐照剂量呈正相关,但比率整体下降;说明高能量重离子辐照造成的DNA变异在M2代被修复和淘汰。     

12C6+离子预辐射对小鼠胸腺脾脏细胞周期进程的影响

以0, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5 Gy 12C6+ 离子全身预辐照昆明小鼠, 间隔4 h后再对小鼠进行4 Gy全身辐射。 辐照后12 h用流式细胞仪检测小鼠胸腺脾脏细胞在各细胞周期时相的百分率, 同时用单细胞电泳检测受辐射小鼠胸腺脾脏细胞DNA损伤程度。 结果显示, 相对于大剂量预照射组, 各低剂量预照射组胸腺细胞S期细胞百分率显著减少; 脾脏细胞G0/G1期细胞百分率明显减少; 同时胸腺脾脏细胞的拖尾率及拖尾长度明显减少, 以0.1 Gy预辐照效果最为明显。 这些结果表明, 低剂量预辐射处理可以减弱胸腺细胞的S期阻滞及脾脏细胞的G1期阻滞, 并明显减轻胸腺脾脏细胞的DNA损伤程度。     

两种保护剂对C离子诱导小鼠急性肝损伤的应答

比较了N-乙酰半胱氨酸(NAC)及乙酰左旋肉毒碱(ALCAR)对12C6+离子照射小鼠的损伤效应,并探讨了其可能的作用机制。利用4Gy剂量的12C6+离子束对预先给予NAC(100mg/kg)和ALCAR(100mg/kg)保护的昆明小鼠进行单次全身照射。随后检测肝组织中总抗氧化能力(TAC)、DNA单链断裂和细胞凋亡率。结果显示,与照射对照组相比,提前给予NAC和ALCAR均极显著地增强了肝组织的抗氧化能力(P0.001),减轻了12C6+离子导致的肝组织中DNA断裂(P0.001)和细胞凋亡(P0.001)。此外,还发现ALCAR组抗重离子辐照损伤的能力显著地高于NAC组(P0.05)。实验结果提示了NAC和ALCAR可通过抵御组织内的氧化胁迫,阻止DNA链的断裂和细胞的凋亡,实现对C离子辐照损伤的保护效应。而且ALCAR比NAC可能更适合成为有潜力、有希望的抗C重离子辐射药物。     

不同LET碳离子束辐照拟南芥干种子的当代损伤效应

本研究以拟南芥（Columbia野生型）干种子为材料,利用兰州重离子研究装置（HIRFL）产生的碳离子束对材料进行辐射处理,统计其存活率、根长、下胚轴长及每果荚种子数,以探讨不同传能线密度（Linear Energy Transfer,LET）的碳离子束辐照对拟南芥当代损伤效应的影响。结果表明,在相同LET辐射条件下,随着辐射剂量的增大,拟南芥的存活率、根长、下胚轴长度、每果荚种子数都呈现下降趋势。在相同剂量不同LET辐射处理情况下,随着LET的增大,存活率、根长、下胚轴长、每果荚种子数都显著下降,可见高LET辐射严重抑制了拟南芥的生长和发育。研究表明,当LET为50 keV/μm时,碳离子束辐射拟南芥干种子对应的最佳诱变剂量为200 Gy,为后续开展碳离子束辐射的诱变效率研究奠定了前期基础。Aimed to study the biological effects of carbon ion beams with different linear energy transfer (LET) values provided by Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL), dry seeds of Arabidopsis thaliana (Columbia-WT) were irradiated and a series of biological effects of postembryonic development, such as survival rate, primary root length, hypocotyls length and number of seeds per silique, were investigated. The results showed that, under the radiation condition of the same LET value, the survival rate, root length, hypocotyls length and number of seeds per silique were decreased with the increasing dose. In addition, under the radiation conditions with different LET values, but same dose, the extent of the decline of the survival rate, root length, hypocotyls length and number of seeds per silique were reinforced with the increasing LET. It was also found that high LET radiations inhibited the subsequent growth and development of Arabidopsis thaliana severely. In brief, it was suggested that the optimum dose of carbon ion beam with 50 keV/μm value on Arabidopsis thaliana dry seeds was 200 Gy. This research complemented the preliminary theoretical foundation for the comparative study of the highest mutation efficiency of carbon ion beam irradiations at IMP, CAS(Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences).     

不同LET辐射致DNA集簇性损伤的研究

利用辐照质粒DNA构象变化的分子模型,以DNA糖苷酶Fpg和AP核酸内切酶EndoIII识别并切割辐射所致DNA碱基损伤,将其转换为DNA断裂损伤,通过电泳分析DNA分子构象变化,研究比较γ射线、质子和7Li离子诱发DNA集簇性损伤。50Gy以上高剂量γ辐射对质粒DNA的损伤主要表现为单链断裂(SSB)和很少比例的双链断裂(DSB),并能产生一定水平的集簇性损伤。相比之下,高能质子束和高LET的7Li离子直接所致DNA的断裂损伤以及所产生的集簇性碱基损伤比γ射线的要严重,质子10Gy照射就可诱发明显的集簇损伤。     

7Li和12C离子致DNA链断裂的研究

选用HI-13串列加速器产生的不同传能线密度的⁷Li和¹²C重离子,以不同的剂量对纯化的质粒DNA水溶液进行了辐照.利用原子力显微镜对这两种重离子诱发的DNA损伤进行了纳米水平的结构分析,并用ScionImage分析软件完成了DNA碎片长度的测量.得到了DNA分子超螺旋、开环和线性三种形态随剂量的变化情况以及DNA碎片长度的分布函数,并用Tsallis熵统计理论对实验结果进行了拟合.     

重离子对人胃癌细胞DNA错配修复基因MSH2 表达的影响

采用高传能线密度(LET) 重离子辐照人胃癌SGC7901 细胞,应用流式细胞技术、蛋白质印迹法(Western blot) 及反转录聚合酶链式反应(RT-PCR) 观察重离子诱导人胃癌SGC7901 细胞周期、凋亡和MSH2 表达状况。结果表明: 与对照组相比,SGC7901 细胞在辐射后72 h G2/M 期所占细胞比率(33.26±0.08) 和凋亡率(24.16±0.64) 均达到峰值,且呈时间依赖性增加;经重离子照射后,DNA错配修复基因MSH2 mRNA 和蛋白表达水平在6 h 最高。结果提示:重离子在体外诱导SGC7901 细胞周期阻滞和凋亡,且具有显著的时间依赖性效应;重离子在一定剂量和时间下,诱导了SGC7901 细胞MSH2 基因表达。DNA错配修复基因MSH2 可能参与了重离子辐照诱导胃癌细胞DNA损伤的修复应答。Human gastric cancer cell SGC7901 were irradiated with high linear energy transfer (LET) carbon ion. Apoptotic cells after irradiation were analyzed by flow cytometry and expression of MSH2 genes in the irradiated cells was detected by western blot and RT-PCR assay. Compared with the control group, we found that the number of G2/M (33.26±0.08) or apoptosis (24.16±0.64) of SGC7901 cells reached a maximum after irradiation at 72 h in a dose dependent manner. And heavy ion irradiation efficiently up-regulated the expression of MSH2 gene at 4.0 Gy after being irradiated 6 h. These results imply that heavy ion beam could induce cell apoptosis and cell cycle arrest in time-dependent manners. Furthermore, expression of MSH2 genes activated by carbon ion irradiation suggests that DNA mismatch repair gene MSH2 might be involved in DNA repair pathways.     

Formation of Direct and Enzymatic DNA Double-Strand Breaks in the Presence of Repair Inhibitors after Exposure to Radiations of Different Quality

With the use of the DNA comet assay and immunocytochemical staining, regularities have been studied in the induction and repair of DNA double-strand breaks(DSBs) in human cells after exposure to ⁶⁰Co γ-rays and accelerated heavy ions with different linear energy transfer (LET) in the presence of the DNA repair inhibitors cytosine arabinoside and hydroxyurea. It is shown that for heavy ions the agents’ modifying effect decreases with increasing particles’ LET. The approach involving DNA synthesis inhibitors used in this study allows an estimation of the proportion of enzymatic DNA DSBs in total DSB yield after exposure to ionizing radiations of different quality.     

Evaluation of damage in Pacific oyster (Crassostrea gigas) spermatozoa before and after cryopreservation using comet assay

We examined the applicability of the comet assay (single cell gel electrophoresis assay) to estimate the quality of frozen-thawed Pacific oyster (Crassostrea gigas) spermatozoa. Comet assay was performed on semen before and after cryopreservation followed by fluorescent staining with propidium iodide to assess DNA integrity. After cryopreservation, the percentage of spermatozoa with damaged DNA significantly increased, while only about half of the cells displayed intact DNA, even when protected with 10 percent DMSO. All the considered parameters (head length, head area, head intensity, total length, total area, total intensity, tail length percent, tail area percent, and tail intensity percent) were higher than the oyster sperm protected with 10 percent DMSO-artificial sea water after freezing and thawing. Only tail length percent, tail area percent, and tail intensity percent were increased significantly after cryopreservation. The tail length percent was found to be the most sensitive indicator of the cryopreservation-induced DNA damage. Our freeze-thawing procedure significantly affected oyster sperm DNA, as indicated by the reduced fertilization rate when frozen-thawed oyster sperm are used. Irreversible alteration of the genome may prevent fertilization or alter normal embryonic development. This study is the first to demonstrate that the comet assay is an inexpensive, rapid and sensitive method for determining DNA damage in Pacific oyster sperm quality assessments.     

基于LNDM模型的碳离子束混合辐射场相同剂量平均LET下关键纳剂量学指标及RBE分析

纳剂量学量正在成为新的表征辐射品质的量,也是用于精确计算相对生物学效应(RBE)的基础数据。具有相同剂量平均传能线密度(LET)离子束混合辐射场导致的生物学效应也未必相同。为研究关键纳剂量学指标[电离簇尺寸N_ICS$\geqslant 1 $的条件概率密度分布的一阶矩($M_1^{{C_1}}$)、N_ICS$\geqslant 2$的条件概率密度分布的一阶矩($M_1^{{C_2}}$)、N_ICS$\geqslant 2 $的累计概率($F_2^{{C_1}}$)和N_ICS$\geqslant 3 $的累计概率($F_3^{{C_2}}$)]以及RBE在相同剂量平均LET混合辐射场中的分布,在蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模拟的基础上,结合单能离子束关键纳剂量学指标数据集,计算得到了不同能量碳离子束在不同贯穿深度处相同剂量平均LET混合辐射场中的$M_1^{{C_1}}$、$M_1^{{C_2}}$、$F_2^{{C_1}}$、$F_3^{{C_2}}$及RBE值。计算结果显示:在相同剂量平均LET混合辐射场中,不同能量碳离子束的$F_3^{{C_2}}$没有发生显著变化,而$M_1^{{C_1}}$、$M_1^{{C_2}}$和$F_2^{{C_1}}$变化显著,且随能量的增大而减小,并且随剂量平均LET的增加,$M_1^{{C_1}}$、$M_1^{{C_2}}$和$F_2^{{C_1}}$变化差异逐渐变大。正是由于$M_1^{{C_1}}$、$M_1^{{C_2}}$、$F_2^{{C_1}}$和$F_3^{{C_2}}$的不同,在相同剂量平均LET混合辐射场中基于纳剂量学模型计算得到的RBE值也显著不同。这些结果表明,剂量平均LET并不能很好地用于描述离子束混合辐射场的品质,而关键纳剂量学指标则有望成为表征离子束混合辐射场品质的量。     

射线引起DNA双链断裂的统计分布

辐射过程引起的生物细胞的DNA双链断裂是一种很重要的细胞损伤过程.射线在细胞中能量沉积比较大时,DNA双链断裂的碎片分布会偏离随机断裂模型给出的结果,为此发展了新的模型分析方法-统计碎裂模型.根据统计物理学的原理和方法，放射性射线照射细胞后，将射线的能量传递给细胞中的DNA分子，当沉积的能量比较大时，体系会经过一个弛豫过程，DNA碎片大小l按照统计规律分布.体系熵值取极大的分布是最可几的分布，从而得到了辐射导致DNA双链断裂后碎裂片段随其大小l的分布函数exp(αl+βl²)，它对应于 两种成分，一种成分随碎裂片段的大小l的增大而迅速减小，这对应于分布函数中的exp(βl ²)项，对于质量比较小的碎裂片段，这种成分是主要贡献；另外一种成分随碎 裂片段的大小l的增大而缓慢减小，这对应于分布函数中的exp(αl)项，对于质量比较大的 碎裂片段，这种成分是主要贡献.根据实验所测的碎裂片段分布，通过数值解法解积分方程 ，将热力学参数α，β解出，与实验结果进行比较，实验的结果支持了DNA双链断裂后碎裂 片段分布的统计碎裂模型. 关键词： 熵 统计碎裂模型 DNA双链断裂     

重离子加速器示范装置被动式束流配送系统次级中子特征的蒙特卡罗研究

在碳离子放射治疗中,碳离子束在剂量配送过程中会与束流输运线相互作用,形成以中子辐射为主的外辐射场.由于中子是高LET射线,具有较高的相对生物学效应,减少碳离子放疗中产生的次级中子有助于降低放疗后正常组织并发症几率及二次肿瘤风险.利用蒙特卡罗方法对保守情况(能量为400 MeV/u,多叶光栅完全闭合)下碳离子治疗被动式束...