Протонная лучевая терапия с каждым годом становится доступнее для использования во многих странах мира. С развитием данной технологии, ученые и инженеры работают в поисках наиболее оптимальных условий для повышения эффективности данного вида лучевой терапии. Одним из направлений стало исследование доставки доз в режиме высокой мощности (более 50 Гр/сек). Воздействие на биологический объект высокоинтенсивных пучков протонов за сверхкороткий промежуток времени (длительностью до 100 мс) и последующие за этим биохимические процессы, вызывают так называемый флэш-эффект. Ряд исследований показали, что увеличение мощности доставки дозы может снизить токсичность на здоровые ткани, т.к. опухолевые клетки оказываются более чувствительны к данному виду облучения. Исследование влияния скорости доставки дозы ранее проводилось как на пучках фотонов, так и на электронах, однако за счет большей массы и повреждающей способности протоны вновь становятся объектом изучения медиков и биологов. Природа данного эффекта детально до сих пор не изучена и ее исследование имеет огромное значение для развития клинической радиотерапии в будущем. В настоящее время облучение в режиме флэш начали испытывать при лечении остеосарком на первых пациентах. Однако еще нет понимания точного механизма избирательного увеличения клеточной гибели именно опухолевых клеток. Напротив, рядом исследователей было показано отсутствие эффекта увеличения клеточной гибели в сравнении со стандартной мощностью излучения.

В данной работе мы исследовали воздействие протонного пучка фазотрона Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ (Объединенный Институт Ядерных Исследований) на мышах in vivo. Облучение животных проводилось на специальном стенде для радиационных исследований пучками протонов с энергией 600 МэВ. Мощность дозы при облучении в режиме флэш составляла 80 Гр/с, для контрольной группы мощность снижали до стандартной, используемой в лучевой терапии - 2 Гр/мин. Объектом изучения были двухмесячные самцы мышей SHK. Облучение проводили по одному животному тотально на все тело в дозе от 1 до 8,5 Гр. Нами был исследован выход микроядер в эритроцитах костного мозга, индекс массы тимуса и селезенки, а так же средняя продолжительность жизни в зависимости от мощности подведенной дозы излучения.

Proton beam therapy becomes more accessible every year for use in many countries of the world. With the development of this technology, scientists and engineers are working in search of the most optimal conditions to improve the effectiveness of this type of radiation therapy. One of the directions is the study of dose delivery in high power mode, (more than 50 Gy/sec). Exposure of a biological object to high-intensity proton beams for an ultrashort period of time (up to 100 ms) and subsequent biochemical processes cause the so-called FLASH effect. A number of studies have shown that increasing the dose delivery rate can reduce toxicity to healthy tissues, because tumor cells are more sensitive to this type of radiation. The study of the effect of the dose delivery rate was previously carried out both on photon beams and on electrons, however, due to their greater mass and damaging ability, protons are again becoming an object of study for doctors and biologists. The nature of this effect has not yet been studied in detail and its investigation is of great importance for the development of clinical radiotherapy in the future. Currently, flash irradiation has begun to be tested in the treatment of osteosarcomas on the first patients. However, there is still no understanding of the exact mechanism of the selective increase in cell death of tumor cells. On the contrary, a number of researchers have shown no effect of increasing cell death in comparison with standard radiation intensity.

In this work, we investigated the effect of the proton beam of the Phasotron of the Laboratory of Nuclear Problems of the JINR (Joint Institute for Nuclear Research) on mice in vivo. The irradiation of animals was carried out on a special stand for radiation research with proton beams with an energy of 600 MeV. The dose rate for irradiation in the FLASH mode was 80 Gy/s; for the control group, the dose rate was reduced to the standard used in radiation therapy - 2 Gy/min. The object of the study were two-month-old male SHK mice. Irradiation was carried out by one animal for the whole body at a dose of 1 to 8.5 Gy. We have studied the yield of micronuclei in erythrocytes of the bone marrow, the mass index of the thymus and spleen, as well as the average life expectancy depending on the power of the applied radiation dose.