초록 ▼

◆ 연구목표
<최종목표>
국립암센터 양성자 센터의 양성자선의 상대적 생물학적 효과 (relative biological effectiveness: RBE) 측정을 통한 양질의 양성자치료를 환자에 제공
<당해년도 목표>
- 양성자선의 in vivo RBE 측정
- 암 억제 유전자 변이에 따른 RBE 변화 여부 측정
◆ 연구내용 및 방법
국립암센터에 양성자치료기가 국내 최초로 도입되어 환자치료에 이용되고 있음. 양성자 치료에서 사용되는 방사선량은 등가선량 (equivalent dose) 인데, 이는

◆ 연구목표
<최종목표>
국립암센터 양성자 센터의 양성자선의 상대적 생물학적 효과 (relative biological effectiveness: RBE) 측정을 통한 양질의 양성자치료를 환자에 제공
<당해년도 목표>
- 양성자선의 in vivo RBE 측정
- 암 억제 유전자 변이에 따른 RBE 변화 여부 측정
◆ 연구내용 및 방법
국립암센터에 양성자치료기가 국내 최초로 도입되어 환자치료에 이용되고 있음. 양성자 치료에서 사용되는 방사선량은 등가선량 (equivalent dose) 인데, 이는 cobalt-60 치료로 환산한 CGE (cobalt Gy equivalent) 또는 X-ray 치료로 환산한 GE (Gy equivalent) 를 사용. 이 때 등가 선량은 양성자 흡수선량 x RBE (relative biological effectiveness) 의 공식으로 환산. 따라서 RBE 값을 명확히 규명하는 것은 양성자 치료에 있어서 필수적인 요소임. 보통 임상적으로 이용되는 양성자의 RBE는 1.0-1.1로 보고됨. RBE는 방사선의 종류, 방사선 흡수선량, 분할치료 방법, 생물학적 시스템 (biological system), 관찰하고자하는 최종 목표등에 의해 차이가 생김. 그러므로 새로운 시설에 발생하는 양성자선에 대한 RBE 검증과 측정이 필수적이며 본 과제는 국립암센터의 양성자선을 세포를 이용하는 in vitro system과 mouse intestinal crypt 세포를 이용하여 측정하는 in vivo system을 이용하여 RBE 측정.
in vitro system을 사용한 RBE의 측정
HSG 세포를 25 $cm^{2}$의 플라스크에 $10^{6}$ cells로 심은 후 양성자와 X-선을 조사. 이 후 trypsin (0.25%) 으로 세포를 부유시킨 후 세포의 수를 세어 각 60 mm 배양용기마다 160개의 세포를 배양. 약 2 주간의 세포 배양을 통해 각 세포의 colony가 형성 되었는지를 methanol로 고정, Giemsa (Fluka) 염색으로 확인.
colony중 50개 이상의 세포로 이루어진 colony를 surviving colony로 추정하고 각 dose에 해당되는 colony의 수는 각기 다른 3개의 그룹의 결과를 평균으로 하여 추산 하여 RBE 측정.
in vivo system을 사용한 RBE의 측정
방사선조사를 위해 특별히 고안된 틀에 쥐를 고정하고 전체조사 한 후에 공장을 채취하여 일정 길이로 자르고 각 section에서 존재하는 crypt의 수를 측정하여 RBE 값을 계산. 양성자는 치료에 가장 빈번히 사용되는 190 MeV, spread out Bragg peak (SOBP)를 6 cm 너비로 조정하여 양성자를 조사하고 선형가속기 6 MeV X-선을 대조군으로 이용. 쥐는 방사선에 대한 생존곡선 (survival curve) 을 얻기 위해 방사선 민감도에 따라 0, 10, 12.5, 15, 17.5, 20 Gy 선량에서 분율을 구함. 생존분율 (surviving fraction)은 관찰되는 crypt의 수를 측정하여 구함.
방사선 반응 유전자 돌연변이에 의한 RBE의 변화 측정
방사선 치료는 방사선에 의한 세포치사 반응의 하나로 이 반응에 관련된 여러 가지 유전자가 이미 알려졌으며 이 유전자들은 대개 암에서 빈번히 돌연변이 되는 유전자임이 알려짐. 따라서 방사선 반응유전자의 돌연변이는 방사선 처치의 추이를 결정하는 중요한 요소라 생각되며 이의 돌연변이에 의해 양성자의 RBE 값의 변화가 있는지 측정해 보고자 함. 이러한 시도는 방사선 반응 유전자들이 돌연변이에 따른 방사선의 선택이 중요한 치료효과의 차이를 보이는지를 알 수 있는 효율적인 접근으로 생각됨. 이를 위해 현재 방사선의학 연구과에서 보유하고 있는 Chk2 유전자가 특이적으로 돌연 변이된 knockout mice를 이용하여 RBE를 측정하여 상호 비교.

Abstract ▼

Purpose: Estimation of the relative biological effectiveness (RBE) of the proton beam at the National Cancer Center Proton Therapy Center in Korea (NCCPTC) is required clinically for the treatment of cancer.
Materials and Methods: The proton beam was fixed at 190 MeV with 6 cm spread out Bragg pe

Purpose: Estimation of the relative biological effectiveness (RBE) of the proton beam at the National Cancer Center Proton Therapy Center in Korea (NCCPTC) is required clinically for the treatment of cancer.
Materials and Methods: The proton beam was fixed at 190 MeV with 6 cm spread out Bragg peaks (SOBP) for expecting most frequent clinical condition. The RBE was estimated from the survival of human salivary gland (HSG) cells using the traditional colonogenic and MTT assays. The HSG cells were irradiated in a cell-stack chamber at a defined depth and monitored for survival to identify whether the characteristic depth-dose profile was observed. In addition, western blot, FACS analysis, and g-H2AX staining were performed to assess cell cycle arrest and DNA damage. The RBE was also estimated from the survival of mice crypt in jejunum of wild type of C3He mice and Chk2 knockout mice.
Results: The RBE of the NCCPTC from the cell culture was estimated to be 1.024 ± 0.007 and 1.049 ± 0.028 at the middle of SOBP using colonogenic and MTT assays, respectively. Further analysis on the biological response of proton exposure revealed no difference compared to conventional X-ray treatment in western blot, and FACS analysis. The proton beam of the NCCPTC also exhibited the characteristic depth-dose profile. Interestingly, we also found that plateau region showed the survival protection in proportion to physical dose resulting from DNA repair in sub-lethal dose exposure. The RBEs of the NCCPTC using the mice crypt were estimated to be 1.10 and 1.05 at the middle of SOBP using wild type mice (C3He) and chk2 knockout mice, respectively.
Conclusion: The RBE values of the NCCPTC are comparable with other proton therapy facilities worldwide. The determined RBE of the NCCPTC is assigned as a value of 1.1 for the representative clinical RBE value.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...3
• 목차 ...4
• 요약문 ...5
• (한글) ...5
• (영문) ...7
• 1. 연구사업의 최종목표 ...8
• 2. 연구사업의 내용 및 결과 ...8
• A. 연구사업의 필요성 ...8
• B. 연구방법 ...9
• 3. 연구결과 고찰 및 결론 ...12
• 1) RBE 검증을 위한 시스템 구축 ...12
• 2) 세포를 이용한 국립암센터 양성자의 RBE의 측정 ...12
• 3) 세포실험에서의 양성자와 X-ray의 비교 ...13
• 4) 세포실험에서의 MTT assay를 통한 RBE의 측정 ...13
• 5) 세포실험에서의 Depth distribution 측정 ...13
• 6) 마우스 실험에서의 RBE의 측정 ...14
• 7) Chk2 돌연변이 마우스에서의 RBE의 측정 ...15
• 4. 연구성과 및 목표달성도 ...16
• (1) 연구성과 ...16
• (2) 목표달성도 ...18
• 5. 연구결과의 활용계획 ...18
• (1) 연구종료 2년후 예상 연구성과 ...18
• (2) 연구성과의 활용계획 ...18
• 6. 첨부서류 ...18