细胞培养影响金纳米颗粒放射增敏效应的蒙特卡罗研究：优化放疗实验的关键探索

为探究细胞培养方式对金纳米颗粒（AuNPs）放射增敏效应的影响，研究人员以 PC3 细胞为模型开展蒙特卡罗模拟研究。结果显示，照射方向显著影响 AuNPs 降低细胞存活分数（SF）的效果，悬浮细胞受束流方向影响更小。该研究为优化体外放射生物学实验提供重要依据。

　　在癌症治疗领域，放疗是重要的治疗手段之一，而放射增敏剂的应用能够增强放疗效果，提高对癌细胞的杀伤力。金纳米颗粒（AuNPs）作为一种潜在的放射增敏剂，近年来受到广泛关注。然而，目前对于细胞培养方式如何影响 AuNPs 的放射增敏效应尚不清楚。不同的细胞培养类型，如贴壁培养和悬浮培养，具有不同的细胞形态和结构，这可能会影响 AuNPs 与细胞的相互作用以及辐射在细胞内的能量沉积，进而影响放射增敏效果。为了深入了解这一问题，来自葡萄牙多个研究机构的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《EJNMMI Physics》上。

研究人员采用蒙特卡罗（Monte Carlo）模拟技术进行研究。首先，他们获取 PC3 细胞的共聚焦显微镜图像，构建了贴壁和悬浮两种真实细胞模型。随后，利用 TOPAS（TOol for Particle Simulation）软件，基于 Geant4 模拟平台，对细胞模型进行不同条件的辐照模拟。模拟中涉及两种辐照源，分别是临床放疗中常用的⁶⁰Coγ 射线源和 14 MeV 质子源，并且沿着细胞的长轴和短轴方向进行辐照，以探究不同辐照方向的影响。同时，研究中还考虑了 AuNPs 在细胞内的不同分布情况。

研究结果如下：

1. 细胞模型几何结构：通过共聚焦显微镜图像重建的贴壁和悬浮细胞模型在形态上存在差异，悬浮细胞呈更球形，贴壁细胞形状更不规则且扁平，两者的细胞核和细胞质体积也有所不同。
2. ⁶⁰Co 辐照后细胞存活分数计算（无 AuNPs）：对比实验数据和模拟结果发现，在无 AuNPs 时，两种细胞模型在不同辐照设置下的存活分数差异不显著。但沿 z 轴辐照时，悬浮细胞的存活分数低于贴壁细胞；沿 x 轴辐照时则相反。这表明细胞核大小和形状会影响细胞对辐射的敏感性。
3. ⁶⁰Co 辐照后细胞存活分数计算（有 AuNPs）：选择 2 Gy 的^Co辐照剂量进行研究，结果显示在有 AuNPs 存在时，不同细胞形态和辐照方向下的存活分数存在显著差异。例如，沿 z 轴辐照时，贴壁细胞的存活分数显著高于悬浮细胞。同时，通过计算存活分数增强因子发现，悬浮细胞模型的增强因子在不同辐照设置下变化不大，而贴壁细胞模型在不同 AuNPs 浓度和辐照方向下增强因子变化显著，沿 x 轴辐照时效果更明显。
4. 14 MeV 质子辐照后细胞存活分数计算：在无 AuNPs 时，质子辐照下贴壁和悬浮细胞模型的存活分数相似。有 AuNPs 时，0.5 Gy 剂量下，不同细胞核内 AuNPs 浓度对存活分数影响不大。对于悬浮细胞，z 轴和 x 轴辐照的存活分数几乎相同；对于贴壁细胞，z 轴辐照的存活分数更高。计算 0.5 Gy 时的存活分数增强因子发现，悬浮细胞的增强因子在两种辐照设置下相同，贴壁细胞则差异显著，沿 x 轴辐照时对存活分数的降低作用更明显。

研究结论和讨论部分指出，该研究表明照射方向在决定 AuNPs 降低细胞存活分数的有效性方面起着关键作用。贴壁细胞和悬浮细胞在不同辐照条件下的放射敏感性存在差异，细胞形态对辐射响应有重要影响。悬浮细胞受束流方向的影响较小，这一发现对于优化体外放射生物学实验具有重要意义，特别是在使用 AuNPs 作为放射增敏剂时，实验设计需要充分考虑细胞形态和辐照方向等因素。

总之，这项研究为深入理解细胞培养方式对 AuNPs 放射增敏效应的影响提供了重要依据，有助于推动放疗领域的发展，为未来更有效的癌症治疗策略提供参考。