超高剂量率质子放疗在纳秒级物理化学阶段抑制DNA单链断裂的机制研究

为解决超高剂量率(UHDR)质子放疗对DNA损伤的影响机制问题，研究人员通过对比常规剂量率(CONV)放疗，发现UHDR(50 Gy/s)在900 mM高浓度DNA溶液中可显著抑制单链断裂(SSBs)形成，该效应发生在辐照后1纳秒(ns)内的自由基快速反应阶段，为FLASH放疗的临床优势提供了分子层面证据。

　　

这项突破性研究揭示了超高剂量率(ultra-high dose rate, UHDR)质子束在临床照射中的独特优势。当质子以50 Gy/s的超高速率(对比常规0.1 Gy/s)轰击DNA时，在特定物理化学条件下竟能抑制单链断裂(single-strand breaks, SSBs)的形成。

研究人员采用4.3千碱基对(kbp)的pBR322质粒DNA作为模型，将其溶解于10-900 mM梯度的Tris-HCl缓冲液中接受照射。通过琼脂糖凝胶电泳精确定量发现：只有当DNA溶液浓度高达900 mM（相当于1纳秒(ns)级自由基清除能力）时，UHDR组才显现出显著的SSBs减少效应。

这些发现指向一个关键时间窗——辐照后的第一个纳秒(ns)。在这个转瞬即逝的物理化学阶段，超高剂量率引发的密集自由基会通过"自相残杀"的快速复合反应，反而降低了攻击DNA的有效自由基浓度。该机制为FLASH放疗（一种能保护正常组织的创新放疗技术）提供了重要的理论支撑，暗示通过精准控制辐照参数可优化治疗效果。