DNA纳剂量学模型影响因素研究

【摘要】放射生物学研究表明，细胞中的DNA是辐射生物效应中重要的靶，因此研究辐射对DNA的损伤非常重要。近几十年发展起来的纳剂量学及蒙特卡罗方法使研究射线在DNA水平的能量沉积成为可能，若结合合适的DNA模型，将对辐射损伤机制研究提供很大帮助。因此，构建正确合理的DNA模型具有重要意义。目的：构建DNA模型涉及到很多方面，本文旨在基于微、纳剂量学理论及相关指标研究细胞核形状、染色质纤维长度和DNA在细胞核中的分布形式等三个因素对DNA模型的影响，为构建更加精细的DNA纳剂量学模型打下理论基础。材料和方法：在蒙特卡罗模拟软件包Geant4中构建细胞核几何模型，注册Geant4-DNA物理过程，模拟粒子在这些模型中的输运过程，获取能量沉积位点并提取DNA损伤位点，再运用DBSCAN算法分析粒子在DNA模型中能量沉积特点，进而得出上述不同影响因素对DNA模型的影响。结果：球体和椭球体平均弦长相近，细胞核中比能、线能及DNA损伤位点、集簇分布、平均集簇尺寸和各类损伤分布也相近；圆柱体平均弦长要小于前两者，与它们相比，细胞核中比能、DNA损伤位点、集簇分布和各类损伤分布要小，线能、平均集簇尺寸及DSB/SSB则近似相等；当染色质纤维长度在0.1μm~5.16μm时，长度变化对于DNA损伤位点、集簇分布、集簇尺寸以及各类损伤分布几乎没有影响；DNA在核中的分布对其损伤位点和损伤类型的影响较大。当DNA分布靠近核中心时，损伤位点、损伤集簇、不同尺寸的集簇及各类损伤产生均会增加，但该因素对平均损伤集簇尺寸及DSB/SSB影响很小。结论：本课题为构建实用的DNA纳剂量学模型打下了较好的理论基础。在构建模型时需要关注细胞核形状和DNA在核中的分布情况，使模型与真实细胞在这两方面保持一致；若模型计算结果与实验数据差异较大，可以尝试调节细胞核形状和DNA在核中的分布；染色质纤维长度对模型计算的影响程度较小。
【作者】孔栋；
【导师】孙亮；
【作者基本信息】苏州大学，生物医学工程，2014，硕士
【关键词】DNA模型；纳剂量学；蒙特卡罗模拟；Geant4；DBSCAN；

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