Proton Relative Biological Effectiveness for the Induction of DNA double strand breaks based on Geant4

相对生物效应 线性能量转移 质子 布拉格峰 产量(工程) DNA损伤 电离辐射 蒙特卡罗方法 DNA 质子疗法 辐射损伤 电子 吸收剂量 辐照 放射化学 化学 物理 核物理学 生物化学 统计 数学 热力学
作者
Y. Liu,Kun Zhu,Xiaoyu Peng,S. Luo,J. Zhu,Xiao Wan,Lie He,Xiaodong Wang
出处
期刊:Biomedical Physics & Engineering Express [IOP Publishing]
卷期号:10 (3): 035018-035018
标识
DOI:10.1088/2057-1976/ad1bb9
摘要

Abstract Uncertainties in the relative biological effectiveness (RBE) of proton remains a major barrier to the biological optimization of proton therapy. A large amount of experimental data suggest that proton RBE is variable. As an evolving Monte Carlo code toolkit, Geant4-DNA is able to simulate the initial DNA damage caused by particle beams through physical and chemical interactions at the nanometer scale over a short period of time. This contributes to evaluating the radiobiological effects induced by ionizing radiation. Based on the Geant4-DNA toolkit, this study constructed a DNA geometric model containing 6.32Gbp, simulated the relationship between radiochemical yields (G-values) and their corresponding chemical constructors, and calculated a detailed calculation of the sources of damage and the complexity of damage in DNA strand breaks. The damage model constructed in this study can simulate the relative biological effectiveness (RBE) in the proton Bragg peak region. The results indicate that: (1) When the electron energy is below 400 keV, the yield of OH · account for 18.1% to 25.3% of the total water radiolysis yields. (2) Under the influence of histone clearance function, the yield of indirect damage account for over 72.93% of the yield of DNA strand breaks (SBs). When linear energy transfer (LET) increased from 29.79 (keV/ μ m) to 64.29 (keV/ μ m), the yield of double strand breaks (DSB) increased from 17.27% to 32.65%. (3) By investigating the effect of proton Bragg peak depth on the yield of direct DSB (DSB direct ) and total DSB (DSB total ), the RBE D S B t o t and RBE D S B d i r levels of cells show that the RBE value of protons reaches 2.2 in the Bragg peak region.
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