炭素線治療は、荷電粒子の線量分布の良さと高い生物学的効果比(RBE)により優れた治療効果があることが認められている。近年のコンピュータの高速化によって重粒子線を照射された物質内の物理反応については精度良く計算できるようになってきた。しかし、重粒子線の生物効果については未だ不明な点が多く、理論的に治療効果を説明する手段は確立されていない。今後、重粒子線治療を高精度化させるためには、どんな照射条件でも生物効果をある程度正確に予測できるようなモデルが必要となる。
これまでにKiefer-Chatterjeeトラック構造モデルとRB HawkinsのMicrodosimetric Kinetic Model（MKM）を用いれば、重粒子線による微小領域のエネルギー付与分布から、有酸素状態の培養細胞の生存曲線をうまく説明できることを示した。しかし、実際の腫瘍の中では血管から遠くにある細胞は低酸素状態にあり、有酸素状態よりも放射線抵抗性を持つことが知られている。今回は、有酸素状態の生物効果が分かっている場合に、その細胞の低酸素状態における効果をこのモデルで予測する方法を検証した。
その結果、低酸素状態のときはＸ線の酸素増感比OERを3としMKMの注目領域(domain)の半径を半分とすれば、有酸素状態の細胞のパラメータから低酸素状態の細胞のパラメータを推定できることが分かった。低酸素状態のdomain半径が有酸素状態の半分になる理由は、酸素が無くなったために致死損傷の原因となる活性酸素(OHラジカル、過酸化水素、オゾンなど)の生成と分散が無くなった為と考えられる。