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【抗癌之星云课堂】“无形”射线是如何杀死“有形”肿瘤的?

发布日期:2023-06-30    浏览量:5376

昆明医科大学第二附属医院肿瘤中心,前身是1999年成立的云南省伽玛刀治疗中心,是云南省最早使用伽玛刀精确放疗技术治疗肿瘤的单位。经过20多年的发展,目前已安装医用头部伽马刀、新一代INFINITY直线加速器,是以医疗、教学、科研为主导的放化疗、分子靶向及免疫治疗为一体的肿瘤综合治疗中心。目前在编床位67张,开放床位110张,此外还有日间化疗病房,年均门诊量7000余人次,年出院病人5000余人次。已开展γ射线立体定向放射治疗1.2万余例、直线加速器调强放射治疗1800余例,其中基于大孔径模拟定位CT开展的呼吸门控或4D-CT的SBRT精准放疗技术有200余例。科室已建成以医疗、教学、科研为主导的放疗、化疗、日间化疗、生物靶向、免疫治疗等为一体的肿瘤综合专科病房,专科服务能力居全省前列。在肿瘤精准治疗的新时代,肿瘤中心始终致力于通过更规范、更专业、更精准的诊治技术,为诸多疾病患者带来更优的医疗服务和更佳的治疗效果。

为充分发挥特色专科优势,加强广大群众对肿瘤治疗方式的认识,本期“抗癌之星云课堂”由肿瘤科放射治疗师李友云给大家分享什么是放射治疗、放疗的生物学过程,希望对大家有所帮助。 

众所周知,以电离辐射为手段的放射治疗(以下简称放疗)已经广泛用于各类肿瘤的治疗方案。放疗作为治疗方案的一部分,可以作为独立治疗,也可以作为辅助手段,与手术或者化疗方案相结合。那么放疗为何可以被广泛运用于肿瘤治疗呢,今天我们来说一说。

一、什么是放射治疗?

首先来看看放疗常用的X射线是什么?

X射线和γ射线与可见光、辐射热、无线电波在本质上是一样的,都是一种电磁波。但是X射线和γ射线的波长较短,因而具有较高的光子能。因此X射线和γ射线能够破坏化学键并产生生物学效应。

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电磁波波谱示意图

而放疗技术就是利用高能量、穿透力强的射线,对肿瘤组织进行致死剂量照射,破坏肿瘤细胞核中的DNA,使细胞失去增殖能力,从而杀死肿瘤细胞、控制肿瘤细胞生长和增殖的一种放射治疗技术。

二、射线是怎么作用于肿瘤的?

细胞是构成人体的基本单位,也是构成肿瘤的基本单位。射线通过以下方式对肿瘤起作用:

直接作用过程:射线被生物体吸收以后,会与癌细胞中的关键靶如脱氧核糖核酸(DNA)产生作用,造成DNA单链或者双链的断裂,从而破坏细胞的遗传信息。

间接作用过程:射线会与癌细胞中其他分子(尤其是水分子)相互作用,产生高活性的自由基(H2O(放射线)→H2O+ + e-),进而伤害DNA,并且自由基进一步扩散,诱导细胞凋亡。射线对机体的伤害三分之二是由间接作用产生的。

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X射线的直接作用和间接作用

三、细胞致死机制是什么样的?

照射引起的细胞死亡敏感部位在细胞核内;

DNA是射线杀伤细胞的关键靶;

DNA损伤导致细胞分裂无法完成;

DNA损伤分为单链断裂和双链断裂,单链断裂一定条件下可借助另一条链作为模板修复,而临近区域的双链断裂则无法修复,细胞就会走向死亡;

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辐射引起的DNA断裂

 

四、辐射以什么形式导致细胞死亡?

辐射引起的细胞死亡形式通常是有丝分裂死亡。

由于染色体损伤,受到辐射的细胞在进行有丝分裂时死亡,无法继续增殖,宏观上抑制了肿瘤实体的增长。细胞分裂是发生在每一代细胞中的周期性现象,假设一圈为一个周期,其中有丝分裂为M期,DNA合成在S期间,两个间期分别为G1和G2期。受到辐射的细胞,尤其是处于G2期和M期的细胞,细胞周期被阻滞且难以修复,就会走向死亡。死亡可发生在照射后的第一次或者第几次分裂。所以临床上肿瘤接受照射以后,不会立即缩小,需要经历一段时间,随着肿瘤细胞的不断死亡,瘤体逐渐缩小。

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哺乳动物细胞周期

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不同周期时相细胞的放射敏感性

五、什么是早反应组织和晚反应组织?

放射生物学家根据组织对电离辐射的不同反应特点,将正常组织分为早反应组织和晚反应组织。

1.早反应组织的特点,放射后细胞更新快,放射损伤会很快表现出来,具备快速增殖的干细胞组分,如果给予足够的时间,初次放疗导致的损伤可以被完全修复并且耐受再次放疗。如皮肤黏膜、造血系统、睾丸、小肠等。

2.晚反应组织的特点,没有快速增殖的干细胞组分,照射后细胞更新很慢,增殖的细胞在数周甚至一年或更长时间也不进行自我更新,因此放射损伤很晚才会出现。如肺、脊髓、血管、肾、肝、骨等。

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放射生物学视野下的皮肤结构

六、放疗时为什么要进行分割照射?

实际临床工作中,患者往往会对1次/日,5次/周,1.8-2 Gy/次的常规分割照射方式产生疑问,既然总剂量是确定的,为什么不能一天多做几次放疗呢?这样不是节约大家的时间?

实际上这是不可以的。除了要给早反应组织足够的时间来完成修复以外,刚才我们已经说过射线电离产生的自由基对机体的伤害是至关重要的,不仅会引起DNA的损伤及修复应答,并且会导致一系列下游通路的活化诱导细胞凋亡。

因此自由基在放疗中起到了非常重要的作用。自由基的重要来源是氧,而每次照射会消耗掉肿瘤区域的氧,乏氧区域会产生对放疗的抵抗性,所以在接受单次放疗之后,需要间隔足够长的时间,使得肿瘤区域再次完成氧合。

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肿瘤细胞的再氧合过程

简单来说,分割照射的原理是:

1.把剂量分成多次可以保护正常组织,因为总时间足够长时,正常组织可以在照射间隔完成亚致死性损伤修复和再增殖;

2.同时分割照射还能加重肿瘤损伤,因为肿瘤会在照射间隔完成再氧合和周期再分布,从而对射线更敏感。

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放射生物学4R原则

总的来说,放疗是一种局部精准治疗方案,患者的痛苦较小,可接受度高。传统手术中,一些遍布神经和大血管的解剖部位手术风险高,以及其他不适合做手术的情况下,放疗就可以起到很好的弥补或替代作用。越来越多的术前术后放疗及放化疗结合方案在临床应用,都取得了良好的疗效。

目前,放疗引起的肿瘤局部及全身的免疫应答,以及对细胞凋亡及细胞自噬的调控正在越来越多的研究当中,如何利用好这些生物过程,将放化疗和免疫疗法有机结合起来,是当前生物医学领域的热点课题。相信未来随着研究的不断深入,放疗技术会越来越精准化、高效化,从而为肿瘤患者带来更多的好消息!

肿瘤科就诊或复查时间:

每周一到周五全天,周六早上(6号楼负一楼肿瘤科门诊)


作者介绍

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李友云,硕士学历,昆明医科大学第二附属医院放疗技师。2021年毕业于苏州大学放射医学与防护学院国家重点实验室。从事临床肿瘤放射治疗工作近2年。

擅长:放射治疗体位的固定与体膜制作、靶区复位、常规分割照射、X-刀、伽马刀等。


科普专家:肿瘤科 李友云