α与β放射性核素发射体在肿瘤微结构中的细胞尺度剂量学比较

《EJNMMI Physics》：Multiscale Monte Carlo-based dosimetry of 177Lu and 211At across distinct tumor microarchitectures

　　**摘要****背景**治疗性放射性核素发射的辐射在微米级距离内沉积能量，然而目前放射性药物治疗的实际患者剂量学评估仅能使用伽马相机图像进行，其分辨率限制远大于此。基于伽马相机的剂量学计算对某些组织可能已经足够，因为在这些组织中，实际放射源的微观分布异质性影响不大。然而，可测量的空间尺度与实际放射性药物微观分布之间的差异可能会掩盖具有生物学意义的剂量异质性，例如在分子靶标表达不均匀的肿瘤或正常器官内。对于广泛使用的β发射放射性核素（如177Lu）也是如此，它们具有较低的线能量转移和数百微米级的粒子射程，使得相邻细胞之间能够产生交叉火效应辐射。对于α发射体（如211At）而言，这一挑战更加突出，它们在仅数十微米的较短距离内沉积能量，且LET值比β粒子高出两到三个数量级。要理解辐射剂量如何受到放射性核素发射特性、肿瘤微结构、细胞间距和异质性靶向之间复杂相互作用的综合影响，需要能够解析多细胞肿瘤环境中细胞尺度辐射输运的建模框架。**结果**在单细胞水平上，由于较高的LET值，211At每次衰变对细胞核的自剂量约为177Lu的120倍。能量限制分析表明，在直径大于约300微米的球形微转移灶内，超过90%的211At发射能量被吸收，而177Lu则需要达到毫米级尺寸才能实现类似的能量保留。在多细胞团簇中，吸收剂量分布受到细胞间距和标记比例的强烈调控。增大细胞间距和降低靶向比例会导致剂量异质性逐渐加剧，对于211At尤为明显，其剂量传递由自剂量主导，交叉火贡献极小。**结论**放射性核素发射物理学与肿瘤微结构共同决定放射性药物治疗中的吸收剂量分布。211At的α发射体能够向靶细胞提供高度局域化的照射，但在分散型肿瘤结构中靶点覆盖不完全时敏感性较高；而177Lu的β发射体则在每次衰变吸收剂量较低的情况下提供更广泛的交叉火剂量覆盖。这些发现强调了在优化放射性药物治疗策略时，将放射性核素物理学与肿瘤微环境特征相结合的重要性。