辐射诱导组织介电特性改变的生物物理机制研究及其在辐射生物学中的应用

本研究针对电离辐射(IR)对生物组织介电特性的影响机制这一科学问题，通过介电谱分析技术(0.1-107 Hz)，系统研究了全身(WB)、颅部(CR)和下肢(LL)照射后多器官的介电参数变化。研究发现肝脏(WB组)和肾脏(CR/LL组)的虚部电模量M″显著增加，心脑组织的介电常数和AC电导率普遍降低，Cole-Cole图显示器官特异性响应模式，证实辐射远隔效应(RIAE)在肝、肾、肺中的特异性诱导。该研究为辐射生物学效应评估提供了新型物理检测手段。

　　

在放射治疗和辐射防护领域，电离辐射(IR)对生物组织的损伤机制一直是研究热点。传统研究多聚焦于直接辐照区域的分子损伤，而对辐射远隔效应(Radiation-Induced Abscopal Effect, RIAE)这种神秘现象——即局部照射引发远端器官生物学改变——仍缺乏定量化的物理检测手段。更关键的是，现有技术难以区分直接辐射损伤与系统性生物效应，这严重制约了精准放疗方案的优化和辐射防护策略的制定。

针对这一科学瓶颈，国家研究中心的研究团队创新性地将介电谱分析技术引入辐射生物学研究，在《Biophysical Chemistry》发表了突破性成果。该研究通过测量0.1-10⁷ Hz宽频范围内的介电参数，首次建立了辐射远隔效应的物理特征图谱。实验采用20只SD大鼠模型，设置对照组(CG)、全身照射组(WB)、颅部照射组(CR)和下肢照射组(LL)，24小时后采集冻干器官样本进行介电测量。关键技术包括：宽频介电谱分析系统、冻干组织样本制备、电模量(M′和M″)计算模型、Cole-Cole曲线解析等。

【Experimental animals】
研究采用180-200g雄性SD大鼠，通过⁶⁰Co γ射线实施差异性辐照方案，建立四种辐射暴露模型。

【Results and discussion】

1. 器官特异性响应：肝脏在WB组表现出电导率升高，而CR/LL组的肾脏出现类似变化，提示这两个器官对系统性辐射效应敏感。
2. 心脑组织特征：所有照射组心脑组织均显示介电常数ε'下降和AC电导率降低，反映结构蛋白构象改变。
3. 弛豫动力学：Cole-Cole图中肝/肾/肺呈现独特的半圆形弛豫谱，损耗因子tanδ峰值展宽表明大分子运动受限。
4. 远隔效应证据：LL组下肢局部照射引发肾脏M″值升高，CR组颅部照射导致肾脏电导率变化，证实RIAE的器官选择性。

【Conclusions】
该研究揭示：①辐射通过改变生物大分子刚性影响介电弛豫过程，表现为特征性频率位移；②肝/肾是RIAE的主要靶器官，其电模量变化可作为生物标志物；③心脑组织的介电响应模式提示膜通透性改变可能机制。这些发现为辐射损伤的早期诊断提供了非侵入性检测新思路，特别在区分直接辐射损伤与系统性效应方面具有重要应用价值。

研究创新性地将物理检测手段与辐射生物学相结合，不仅证实介电谱技术可用于RIAE研究，更建立了器官特异性响应数据库。未来通过扩大样本量和动态监测，有望发展出基于介电特性的辐射损伤预警系统。这项工作为理解辐射的系统性生物效应开辟了新视角，对优化放疗方案和开发辐射防护剂具有指导意义。