Количественная оценка снижения содержания кислорода при облучении в режиме FLASH in vitro и in vivo

Цель: Недавно было показано, что облучение со сверхвысокой мощностью дозы (FLASH) избирательно защищает нормальные ткани от радиационного повреждения по сравнению с опухолевыми. Однако механизм этого эффекта остаётся неизвестным. Согласно одной из наиболее распространённых гипотез, при облучении FLASH значительно снижается содержание кислорода, что изменяет радиационно-химическое повреждение и, как следствие, реакцию нормальных и опухолевых клеток на облучение. Для проверки этой гипотезы необходимо непосредственно измерять содержание кислорода в тканях in vivo во время и после облучения FLASH.

Методы и материалы: Содержание кислорода измеряли in vitro и in vivo методом тушения фосфоресценции с помощью водорастворимого молекулярного зонда Oxyphor 2P. Оценивали изменение содержания кислорода на единицу поглощённой дозы (G-значения) при облучении пучком электронов с энергией 10 МэВ: со сверхвысокой мощностью дозы до 300 Гр/с или с мощностью дозы, применяемой при обычной лучевой терапии, — 0,1 Гр/с.

Результаты: В экспериментах in vitro с растворами бычьего сывороточного альбумина концентрацией 5% при 23 °C G-значения потребления кислорода составили 0,19–0,21 мм рт. ст./Гр (0,34–0,37 мкМ/Гр) при обычном облучении и 0,16–0,17 мм рт. ст./Гр (0,28–0,30 мкМ/Гр) при сверхвысокой мощности дозы. In vivo после однократного облучения FLASH в дозе 20 Гр содержание кислорода снизилось в общей сложности на 2,3 ± 0,3 мм рт. ст. в нормальной ткани и на 1,0 ± 0,2 мм рт. ст. в опухолевой ткани (P < 0,00001). После однократного облучения в обычном режиме в той же дозе снижения содержания кислорода не наблюдалось.

Выводы: Полученные данные позволяют предположить, что при облучении FLASH в массиве ткани маловероятно снижение содержания кислорода до уровня гипоксии, имеющего значение для радиационного эффекта. При одинаковой дозе облучение FLASH приводит к меньшему потреблению кислорода, чем обычное облучение, что может быть связано с его щадящим действием на нормальные ткани. Однако различие в снижении содержания кислорода при облучении FLASH и в обычном режиме in vivo количественно оценить не удалось: измерения при обычном облучении затруднены из-за поступления кислорода из крови.