基于蒙特卡洛径迹结构模拟的225Ac及其衰变子体相对生物效能评估研究

本研究针对靶向α治疗(TAT)中225Ac及其衰变子体的剂量评估难题，采用NASIC程序进行微剂量学模拟，首次系统计算了225Ac衰变链中各核素的相对生物效能(RBE)。研究发现不同空间分布对吸收剂量影响显著（最大差异80%），而RBE差异较小（约10%），为精准评估TAT生物效应提供了重要理论依据。

　　

在肿瘤治疗领域，靶向α治疗(TAT)因其高线性能量传递(LET)特性备受关注。其中²²⁵Ac作为明星核素，其复杂的衰变链（包含5个α衰变和3个β衰变）带来独特治疗优势的同时，也带来了剂量评估的巨大挑战。传统方法将整个衰变链视为单一辐射源，忽视了各子体核素在生物分布和辐射特性上的差异，特别是²¹³Bi等长半衰期子体可能因反冲效应脱离靶区造成的安全隐患。

清华大学工程物理系联合核技术公司（Nuctech）的研究团队在《EJNMMI Physics》发表重要成果。该研究创新性地采用NASIC（纳米剂量学蒙特卡洛模拟代码）程序，结合改进的随机微剂量动力学模型(mSMKM)，首次对²²⁵Ac衰变链中8种核素（²²⁵Ac、²²¹Fr、²¹⁷At、²¹³Po、²¹³Bi、²⁰⁹Tl、²⁰⁹Pb和对照核素¹⁷⁷Lu）进行独立建模，系统评估了不同细胞类型（V79、HSG、Renca）和6种空间分布条件下的RBE值。

关键技术方法包括：1）基于NASIC程序构建三维细胞群模型（15×15×15体心立方排列）；2）采用改进的随机微剂量动力学模型(mSMKM)计算细胞存活率；3）通过PIDE数据库拟合三种细胞的放射敏感性参数；4）模拟6种核素分布模式（核内均匀、胞质、全细胞等）。

研究结果

吸收剂量分析

核素分布对吸收剂量影响显著：²²⁵Ac在核内分布时的剂量（1.08×10^-1 Gy/decay）是均匀分布的2倍。α核素（如²²⁵Ac）剂量比β核素（如²⁰⁹Tl）高两个数量级，混合衰变的²¹³Bi介于两者之间。

微剂量学谱特征

225Ac在不同分布下的线性能量谱'>
α核素（²²⁵Ac、²²¹Fr等）线性能量谱右移，β核素（²⁰⁹Tl等）左移，²¹³Bi呈现双峰分布。

RBE特征

1）空间分布对RBE影响较小（V79细胞中²²⁵Ac的RBE_M差异≤10%）；
2）不同核素RBE差异显著：α核素RBE_M为5.91-6.91（V79），β核素接近1；
3）细胞类型影响明显：Renca细胞的RBE_M（9.76）比V79（6.91）高41%。

结论与意义

该研究首次建立²²⁵Ac衰变链的完整RBE数据库，揭示三个关键规律：1）子体核素RBE差异最高达17%，需独立计算；2）空间分布主要影响物理剂量而非RBE；3）细胞放射敏感性显著影响RBE值。这些发现为TAT精准剂量评估提供理论基础，特别是对²¹³Bi等易迁移子体的风险控制具有重要指导价值。