质子辐射致DNA链断裂损伤的模拟研究

摘要

DNA是辐射作用于生物组织的最主要靶分子，研究 Bragg峰附近的能量质子与DNA分子的相互作用机制，对于质子在临床放射治疗肿瘤领域中的应用具有十分重要的意义。细胞可以近似看作一个由水和 DNA、蛋白质等大分子组成的溶液环境，电离辐射对DNA的损伤通常分为将能量直接转移给生物大分子的直接作用，和通过辐解水产生高活性自由基造成生物分子损伤的间接作用。
　　本论文分别模拟了Bragg峰附近的能量质子辐照造成的DNA直接损伤和间接损伤，计算单个质子导致的损伤点数、单链断裂产额、双链断裂产额，并分析两者DNA损伤机制以及直接、间接损伤的作用比例。同时，应用改进后的直接、间接总损伤模拟方法，比较相同传能线密度的质子与α粒子诱导的链断裂产额、相对生物效应，从而在一定程度上表征两种类型辐射对人体造成的生物效应的严重程度。对于DNA直接、间接总损伤模拟，本论文对 Francis等研究的 DNA无定形随机分布模拟方法做了改进，使其在低能域和高能域的模拟都符合真实的DNA损伤机制；对于DNA直接损伤模拟，本论文简化了DNA几何模型，提高了模拟效率，并且可以区分研究SSSB、CSSB、SDSB、CDSB四种损伤类型。
　　通过比较质子辐照导致的DNA直接损伤和间接损伤模拟情况，发现水溶液环境下，自由基对DNA分子链断裂的发生起了主导作用，能量沉积直接损伤只造成了少量单链断裂和双链断裂。并且直接作用和间接作用诱发的链断裂比额与入射粒子的传能线密度和细胞含水量有关；通过分析不同能量质子辐照导致的链断裂产额变化，发现DNA链断裂主要以容易修复的SSB为主，但低能质子能更多地诱发DNA分子发生双链断裂；通过应用改进后的直接、间接总损伤模拟方法，比较相同传能线密度的质子与α粒子诱导的DNA损伤结果，发现α粒子产生的难以修复的DSB产额比质子多，造成的DNA双链断裂生物效应也更严重。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究内容及意义

第2章 Geant4与DBSCAN算法介绍

2.1 Geant4-DNA物理模型概述

2.2 DBSCAN算法简介

2.3 本章小结

第3章 DNA链断裂总损伤研究

3.1 DNA总损伤建模

3.2 DNA链断裂损伤点

3.3 DNA链断裂损伤类型分布

3.4 结果与分析

3.5 本章小结

第5章 DNA链断裂直接损伤研究

5.1 DNA直接损伤建模

5.2 DNA链断裂损伤点

5.3 DNA链断裂损伤类型分布

5.4 结果与分析

5.5 本章小结

第4章 相同LET的α粒子、质子所致DNA总损伤

4.1 质子、α粒子的传能线密度

4.2 α粒子辐射诱导的DNA链断裂损伤

4.3 α粒子、质子辐射产生的相对生物效应

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢