Doklady Biological SciencesDoklady Biological SciencesДоклады Российской академии наук. Науки о жизни2686-73893034-5057The Russian Academy of Sciences68638010.31857/S2686738925030066ArticlesСтатьиResearch ArticleAntitumor effect of helium ions with energy of 320 MeV/ion during irradiation of Ehrlich ascites carcinoma cells ex vivoПротивоопухолевое действие ионов гелия с энергией 320 МэВ/ион при облучении асцитных клеток карциномы Эрлиха ex vivoBalakinV. E.БалакинВ. Е.
Russian Federation

Corresponding Member of the RAS, Physical-Technical Center

Член-корреспондент РАН, филиал “Физико-технический центр”

strelnikova.ns@lebedev.ruStrelnikovaN. S.СтрельниковаН. С.
Russian Federation

Physical-Technical Center

Филиал “Физико-технический центр”

strelnikova.ns@lebedev.ruRozanovaO. M.РозановаО. М.
Russian Federation
strelnikova.ns@lebedev.ruSmirnovaE. N.СмирноваЕ. Н.
Russian Federation
strelnikova.ns@lebedev.ruBelyakovaT. A.БеляковаТ. А.
Russian Federation
strelnikova.ns@lebedev.ruShemyakovA. E.ШемяковА. Е.
Russian Federation

Physical-Technical Center

Филиал “Физико-технический центр”

strelnikova.ns@lebedev.ruLebedev Physical Institute, Russian Academy of SciencesФедеральное государственное бюджетное учреждения науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наукInstitute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of SciencesФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наукInstitute for High Energy Physics named by A.A. Logunov of National Research Centre “Kurchatov Institute”Федеральное государственное бюджетное учреждение “Институт физики высоких энергий имени А.А. Логунова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”2Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of SciencesФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук1506202552213513572906202529062025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/2686-7389/article/view/686380

The regularities of tumor induction and growth were studied in mice exposed to a single ex vivo irradiation with a helium ion beam of Ehrlich adenocarcinoma ascites cells (EAC) at doses of 10 Gy and 20 Gy in two positions of the Bragg curve (before the peak and at the peak) in comparison with X-ray radiation at the same doses. It was shown that the frequency of induction and delay in tumor appearance depend on the dose of helium ion irradiation. The following were determined: the time of a fivefold increase in the EAC volume, tumor growth inhibition, tumor growth index (TGI), and increase in life expectancy (ILE) in mice. A decrease in the TGI values and an increase in the ILE values occurred with increasing dose for all types of radiation. The relative biological effectiveness value for helium ions determined by the area under the EAC growth dynamics curves reached a maximum value of 1.8 upon irradiation at the Bragg peak at a dose of 20 Gy.

Исследовали закономерности индукции и роста опухолей у мышей при однократном облучении ex vivo пучком ионов гелия асцитных клеток аденокарциномы Эрлиха (АКЭ) в дозах 10 Гр и 20 Гр в двух положениях кривой Брэгга (до пика и в пике) в сравнении с рентгеновским излучением в тех же дозах. Показано, что частота индукции и задержка появления опухолей при действии ионов гелия зависит от дозы. Определены время пятикратного увеличения объема АКЭ, торможение роста опухоли, индекс роста опухоли (ИРО) и увеличение продолжительности жизни (УПЖ) мышей. Уменьшение значений ИРО и рост значений УПЖ происходили с увеличением дозы для всех видов излучений. Величина относительной биологической эффективности ионов гелия, определенная по площади под кривыми динамики роста АКЭ, достигала максимального значения 1.8 при облучении в пике Брэгга в дозе 20 Гр.

helium ionsEhrlich ascites carcinomaex vivotumor growthmiceионы гелияасцитная карцинома Эрлихаex vivoрост опухолимышиМинистерство науки и высшего образования РФMinistry of scinece and higher education of Russian Federation075-00223-25-00Tommasino F., Scifoni E., Durante M. New Ions for therapy // Int. J. Part. Ther. 2015. Vol. 2. №3. Р. 428–38.Mairani A., Mein S., Blakely E., et al. Roadmap: helium ion therapy // Phys Med Biol. 2022. Vol. 67. №15.Tessonnier T., Mairani A., Brons S., et al. Helium ions at the heidelberg ion beam therapy center: comparisons between FLUKA Monte Carlo code predictions and dosimetric measurements // Phys Med Biol. 2017. Vol. 62. № 16. Р. 6784–6803.Krämer M., Scifoni E., Schuy C., et al. Helium ions for radiotherapy? Physical and biological verifications of a novel treatment modality // Med Phys. 2016. Vol. 43. №4. Р. 1995.Tessonnier T., Mairani A., Chen W., et al. Proton and helium ion radiotherapy for meningioma tumors: a Monte Carlo-based treatment planning comparison // Radiat Oncol. 2018. Vol. 13. №1. Р. 2.Levy R. P., Fabrikant J. I., Frankel K. A., et al. Heavy-charged-particle radiosurgery of the pituitary gland: clinical results of 840 patients // Stereotact Funct Neurosurg. 1991. Vol. 57. №1–2. Р. 22–35.Mishra K.K., Quivey J.M., Daftari I.K., et al. Long-term Results of the UCSF-LBNL Randomized Trial: Charged Particle With Helium Ion Versus Iodine-125 Plaque Therapy for Choroidal and Ciliary Body Melanoma // Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2015. Vol. 92. №2. Р. 376–383.Durante M., Debus J., Loeffler J.S. Physics and biomedical challenges of cancer therapy with accelerated heavy ions // Nat Rev Phys. 2021. Vol. 3. №. 12. P. 777–790.Rozanova O.M., Smirnova E.N., Belyakova T.A., et al. Regularities of Induction and Growth of Tumors in Mice upon Irradiation of Ehrlich Carcinoma Cells ex vivo and in vivo with a Pencil Scanning Beam of Protons // Biofizika. 2024. Vol. 69. №.1. P. 183–192.Belyakova T.A., Rozanova O.M., Smirnova E.N., et al. Modifying effect of 1-b-D-arabinofuranosylcytosine on the growth of the solid tumor Ehrlich carcinoma in mice under in vivo and ex vivo proton irradiation of cells // Physics of Particles and Nuclei Letters. 2025. Vol. 22. №. 2. P. 477–486.Smith J. A., van den Broek F.A., Martorell J.C., et al. Principles and practice in ethical review of animal experiments across Europe: summary of the report of a FELASA working group on ethical evaluation of animal experiments // Lab Anim. 2007. Vol. 41. №2. Р. 143–160.Рыжова Н.И., Дерягина В.П., Савлучинская Л.А. Значение модели аденокарциномы Эрлиха в изучении механизмов канцерогенеза, противоопухолевой активности химических и физических факторов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019. № 4. С. 220–227.Balakin V.E., Belyakova T.A., Rozanova O.M., et al. Anti-tumor Effect of High Doses of Carbon Ions and X-Rays during Irradiation of Ehrlich Ascites Carcinoma Cells ex vivo // Dokl Biochem Biophys. 2023. Vol. 513. № Suppl1. Р. S30–S35.Федоренко Б.С. Экспериментальные исследования биологической эффективности ускоренных заряженных частиц релятивистских энергий // Физика элементарных частиц и атомного ядра. 1991. Т. 22. №5. С. 1199–1229.Миронов А.Н., Бунатян А.С., Васильев А.Н. ред. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Часть первая. М.: Гриф и К, 2012.Spadinger I., Palcic B. The relative biological effectiveness of 60Co gamma-rays, 55 kVp X-rays, 250 kVp X-rays, and 11 MeV electrons at low doses // Int J Radiat Biol. 1992. Vol. 61. №3. P. 345–353.Balakin V.E., Rozanova O.M., Smirnova E.N., et al. Growth Induction of Solid Ehrlich Ascitic Carcinoma in Mice after Proton Irradiation of Tumor Cells ex vivo // Dokl Biochem Biophys. 2023. Vol. 511. №1. Р. 151–155.Стуков А.Н., Иванова М.А., Никитин А.К., и др. Индекс роста опухоли как интегральный критерий эффективности противоопухолевой терапии в эксперименте // Вопросы Онкологии. 2001. Т. 47. №5. С. 616–618.