细胞培养是否会影响金纳米颗粒的放射增敏效果：对最新证据的深入分析

《Radiation Physics and Chemistry》：Do cell culturing influence the radiosensitizing effect of gold nanoparticles: scrutinizing recent evidence

细胞悬浮或贴壁形态及辐照方向对含金纳米颗粒（AuNPs）细胞存活率的影响分析，揭示模拟中剂量梯度、次级粒子平衡忽略及粗体素化导致的生存率高估问题

　　在生物辐射学领域，细胞在实验中的表现可能受到其物理状态的影响。具体而言，当细胞处于悬浮状态时，它们可能呈现更接近球形的结构，以减少表面张力；而当细胞附着在培养皿或多孔板的底部或侧壁时，其形态则倾向于扁平化。这种形态差异不仅影响细胞的外观，还可能对细胞核接受的剂量产生显著影响，从而改变细胞的存活概率。近年来，一些研究通过使用体素化细胞模型进行模拟，发现悬浮细胞与附着细胞在接受相同辐射条件下的存活率差异可达两倍。这些模拟结果和方法的可靠性成为本研究的重点。

模拟结果中出现的存活率差异，主要归因于实验设置中的偏差。体素化几何模型的使用与局部效应模型（LEM）的结合，可能会导致对细胞核剂量的计算不准确。研究指出，当使用体素尺寸在0.2微米左右进行模拟时，对于细胞存活的评估可能低估了金纳米颗粒（AuNPs）引发的损伤数量，进而高估了细胞的存活率。此外，模拟中发现的分段式存活率变化，也被解释为仅在一次事件中，AuNPs中发生了光子的电离相互作用，这种概率极低，仅为千分之一级别。因此，模拟结果中的这种变化可能并非真实存在的生物学效应，而是由于模拟参数设置不当所导致的。

研究进一步探讨了模拟几何设置对结果的影响。例如，在使用60钴（Co-60）辐射源的情况下，如果将辐射源的尺寸与细胞的横截面匹配，那么在细胞表面附近的照射可能会导致剂量值显著低于更深层细胞的剂量。具体来说，表面附近的细胞接受的剂量比深层细胞低约50倍。这种差异源于在模拟过程中忽略了上游产生的次级粒子，导致辐射场的次级粒子成分远低于更深层的区域。因此，模拟结果中出现的偏差可能与细胞在不同深度所处的剂量构建区有关。

除了模拟设置本身的影响外，研究还指出，使用较大的体素尺寸可能会导致对纳米颗粒周围局部剂量的评估不准确。在某些情况下，这种评估可能低估了LEM模型对细胞存活率的影响，因为LEM模型依赖于纳米颗粒周围剂量的平均平方值。为了更精确地评估这一影响，研究建议使用更精细的体素尺寸（在纳米级别）或采用分析方法，如基于数学模型的计算方式。此外，研究还强调了模拟参数设置的重要性，例如粒子的相空间文件（PSF）中粒子的数量和能量分布，这些因素对模拟结果有重要影响。

研究中还提到，当使用60钴辐射源进行模拟时，AuNPs的电离相互作用概率显著高于5纳米的AuNPs。这表明，在特定的纳米颗粒尺寸和浓度下，细胞存活率的变化可能与辐射场的特性密切相关。对于50纳米的AuNPs，其质量分数比5纳米的AuNPs高了1000倍，这可能导致细胞存活率的显著下降。此外，使用LEM模型进行评估时，存活率的下降可能比基于平均剂量的预测更加明显，这表明在某些情况下，LEM模型可能比传统的平均剂量模型更能准确反映细胞的存活情况。

在讨论部分，研究还指出，使用体素化模型进行模拟时，可能需要考虑粒子的分布情况。例如，在模拟中，AuNPs的分布可能不均匀，这可能导致对细胞存活率的评估出现偏差。此外，研究还提到，当使用60钴辐射源时，细胞在不同深度所处的剂量构建区可能会影响其存活率的预测。因此，为了更准确地评估模拟结果，研究建议采用更精确的模拟方法，并结合实验数据进行验证。

最后，研究总结指出，模拟设置中的偏差可能是导致结果不准确的主要原因。例如，在使用60钴辐射源时，模拟中忽略了上游产生的次级粒子，导致辐射场的次级粒子成分远低于更深层的区域。此外，体素化几何模型的使用可能导致对纳米颗粒周围局部剂量的评估不准确，从而影响细胞存活率的预测。因此，为了提高模拟的准确性，研究建议采用更精细的体素尺寸，并结合实验数据进行验证。同时，研究还强调了模拟参数设置的重要性，例如粒子的相空间文件和能量分布，这些因素对模拟结果有重要影响。

综上所述，本研究通过对模拟方法的深入分析，揭示了在使用体素化模型和局部效应模型进行细胞存活率预测时可能出现的偏差。这些偏差主要源于模拟设置中的参数选择不当，例如辐射源的尺寸与细胞的横截面匹配，以及忽略了上游产生的次级粒子。此外，研究还指出，使用较大的体素尺寸可能导致对纳米颗粒周围局部剂量的评估不准确，从而影响细胞存活率的预测。因此，为了提高模拟的准确性，研究建议采用更精细的体素尺寸，并结合实验数据进行验证。同时，研究还强调了模拟参数设置的重要性，例如粒子的相空间文件和能量分布，这些因素对模拟结果有重要影响。