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Enregistrement W4408930329 · doi:10.3390/antiox14040406

Oxygen Depletion and the Role of Cellular Antioxidants in FLASH Radiotherapy: Mechanistic Insights from Monte Carlo Radiation-Chemical Modeling

2025· article· en· W4408930329 sur OpenAlexafffund
Israth Rabeya, Jintana Meesungnoen, Jean‐Paul Jay‐Gerin

Notice bibliographique

RevueAntioxidants · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueRadiation Therapy and Dosimetry
Établissements canadiensUniversité de Sherbrooke
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaCanadian Institutes of Health Research
Mots-clésRadiolysisRadicalChemistryOxygenOxygen enhancement ratioBiophysicsReactive oxygen speciesGlutathionePhotochemistryIrradiationRadiochemistryRadiation damageBiochemistryOrganic chemistryPhysics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

FLASH radiotherapy is a novel irradiation modality that employs ultra-high mean dose rates exceeding 40–150 Gy/s, far surpassing the typical ~0.03 Gy/s used in conventional radiotherapy. This advanced technology delivers high doses of radiation within milliseconds, effectively targeting tumors while minimizing damage to the surrounding healthy tissues. However, the precise mechanism that differentiates responses between tumor and normal tissues is not yet understood. This study primarily examines the ROD hypothesis, which posits that oxygen undergoes transient radiolytic depletion following a radiation pulse. We developed a computational model to investigate the effects of dose rate on radiolysis in an aqueous environment that mimics a confined cellular space subjected to instantaneous pulses of energetic protons. This study employed the multi-track chemistry Monte Carlo simulation code, IONLYS-IRT, which has been optimized to model this radiolysis in a homogeneous and aerated medium. This medium is composed primarily of water, alongside carbon-based biological molecules (RH), radiation-induced bio-radicals (R●), glutathione (GSH), ascorbate (AH−), nitric oxide (●NO), and α-tocopherol (TOH). Our model closely monitors the temporal variations in these components, specifically focusing on oxygen consumption, from the initial picoseconds to one second after exposure. Simulations reveal that cellular oxygen is transiently depleted primarily through its reaction with R● radicals, consistent with prior research, but also with glutathione disulfide radical anions (GSSG●−) in roughly equal proportions. Notably, we show that, contrary to some reports, the peroxyl radicals (ROO●) formed are not neutralized by recombination reactions. Instead, these radicals are rapidly neutralized by antioxidants present in irradiated cells, with AH− and ●NO proving to be the most effective in preventing the propagation of harmful peroxidation chain reactions. Moreover, our model identifies a critical dose rate threshold below which the FLASH effect, as predicted by the ROD hypothesis, cannot fully manifest. By comparing our findings with existing experimental data, we determine that the ROD hypothesis alone cannot entirely explain the observed FLASH effect. Our findings indicate that antioxidants might significantly contribute to the FLASH effect by mitigating radiation-induced cellular damage and, in turn, enhancing cellular radioprotection. Additionally, our model lends support to the hypothesis that transient oxygen depletion may partially contribute to the FLASH effect observed in radiotherapy. However, our findings indicate that this mechanism alone is insufficient to fully explain the phenomenon, suggesting the involvement of additional mechanisms or factors and warranting further investigation.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,013
Score d'incertitude au seuil0,026

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,005
Tête enseignante GPT0,227
Écart entre enseignants0,222 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations6
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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