Correlation Between the Parameters of Radiosensitivity in Human Cancer Cell Lines

인체 암세포주에서 방사선감수성의 지표간의 상호관계

Purpose : We conducted clonogenic assay using human cancer cell lines (MKN-45, PC-14, Y-79, HeLa) to investigate a correlation between the parameters of radiosensitivity. Materials and Methods : Human cancer cell lines were irradiated with single doses of 1, 2, 3, 5, 7 and 10Gy for the study of radiosensitivity and subrethal damage repair capacity was assessed with two fractions of 5Gy separated with a time interval of 0, 1, 2, 3, 4, 6 and 24 hours. Surviving fraction was assessed with clonogenic assay using $Sperman-H\"{a}rbor$ method and mathematical analysis of survival curves was done with linear-quadratic (LQ) , multitarget-single hit(MS) model and mean inactivation dose$(\v{D})$. Results : Surviving fractions at 2Gy(SF2) were variable among the cell lines, ranged from 0.174 to 0.85 The SF2 of Y-79 was lowest and that of PC-14 was highest(p<0.05, t-test). LQ model analysis showed that the values of $\alpha$ for Y-79, MKN-45, HeLa and PC-14 were 0.603, 0.356, 0.275 and 0.102 respectively, and those of $\beta$ were 0.005, 0.016, 0.025 and 0.027 respectively. Fitting to MS model showed that the values of Do for Y-79. MKN-45, HeLa and PC-14 were 1.59. 1.84. 1.88 and 2.52 respectively, and those of n were 0.97, 1.46, 1.52 and 1 69 respectively. The $\v{D}s$ calculated by Gauss-Laguerre method were 1.62, 2.37, 2,01 and 3.95 respectively So the SF2 was significantly correlated with $\alpha$, Do and $\v{D}$. Their Pearson correlation coefficiencics were -0.953 and 0,993. 0.999 respectively(p<0.05). Sublethal damage repair was saturated around 4 hours and recovery ratios (RR) at plateau phase ranged from 2 to 3.79. But RR was not correlated with SF2, ${\alpha}$, ${\beta}$, Do, $\v{D}$. Conclusion : The intrinsic radiosensitivity was very different among the tested human cell lines. Y-79 was the most sensitive and PC-l4 was the least sensitive. SF2 was well correlated with ${\alpha}$, Do, and $\v{D}$. RR was high for MKN-45 and HeLa but had nothing to do with radiosensitivity parameters. These basic parameters can be used as baseline data for various in vitro radiobiological experiments.

목적 : 임상에서 발생빈도가 높은 위선암, 폐선암, 망막세포종, 자궁경부 편평상피암의 4가지 인 체암세포주(MKN-45, PC-14, Y-79, HeL)를 이용하여 방사선조사후 세포생존분획 및 세포생존곡선의 모양을 결정하는 지표를 구하고 방사선조사후 손상 회복정도를 측정하여 이들 여러 지표간의 상관관계 여부를 구명하기 위하여 본실험을 시행하였다. 대상 및 방법 :각 세포주의 방사선감수성을 보기 위하여 1, 2, 3, 5, 7 및 10Gy의 방사선을 1 회 조사하였고 방사선조사후 준치사손상 회복정도를 보기 위하여 5Gy씩 2회의 방사선조사를 0, 1, 2, 3, 4, 6 및 24시간 간격으로 시행하였다. 세포의 생존분획은 $Sperman-K\"{a}rbor$ 방법으로 세포집락형성능력을 측정하여 산출하였으며 생존곡선의 수학적 분석은 linear-quadratic(LQ), multitarget-single hit(MS) 모형과 mean inactivation $dose(\v{D})$를 이용하였다. 결과 : 방사선조사후의 세포생존 실험결과 2Gy에서의 세포생존분획(SF2)은 0.174에서 0.85까지 다양하게 나타났으며 Y-79는 유의하게 낮은 SF2를, PC-14는 높은 SF2를 나타내었다(p<0.05, t-test). LQ model로 분석한 방사선 세포생존곡선의 분석결과 Y-79, MKN-45, HeLa, PC-14에서 ${\alpha}$가 각각 0.603, 0.355, 0.275, 0.102이었고 ${\beta}$는 각각 0.005, 0.016, 0.025, 0.027이었다. MS model로 분석한 결과는 Y-79, MKN-45, HeLa, PC-14에서 Do가 각각 1.59, 1.84, 1.88, 2.52였고 n은 0.97, 1.46, 1.52, 1.69를 보였다. 한편 Gauss-Laguerre방법으로 계산한 $\v{D}$는 Y-79, MKN-45, HeLa, PC-14에서 각각 1.62, 2.37, 2.61, 3.95였다. SF2가 감소함에 따라 ${\alpha}$값은 증가하였고 Do, $\v{D}$값은 감소하였으며 이들간의 Pearson 상관계수는 각각 0.953, 0.993, 0.999였다. (p<0.05). 분할조사에 의한 준치사손상 회복정도는 약 4시간 내외에 포화상태에 도달하였으며 포화상태의 recovery ratio(RR)는 2에서 3.79 사이였다. RR은 방사선감수성의 지표인 SF2, ${\alpha}$, ${\beta}$, Do, $\v{D}$과 통계학적으로 유의한 상관관계를 나타내지 않았다. 결론 : 본 연구의 결과 네가지 인체상피암세포주의 내재적 발사선감수성은 서로 상이하였으며 Y-79가 가장 민감하였고, MKN-45와 HeLa는 각각 중등도의 방사선감수성을 나타냈으며 PC-14는 방사선감수성이 가장 낮았다. 이와같은 감수성의 차이는 SF2, ${\alpha}$, Do와 $\v{D}$의 차이로 나타났으며 띠들간에는 밀접한 상관관계를 나타내었다. 방사선에 의한 준치사손상 회복력은 MKN-45와 HeLa에서 높게 나타났고 회복력과 방사선감수성과는 무관하였다. 각 암세포주에 따르는 이와같은 지표들은 향후 방사선치료 효과를 높이기 위한 방사선생물학 실험의 기초 자료로서 이용되어 질 수 있을 것이다.