Протоны имеют относительную биологическую эффективность (ОБЭ), сравнимую с фотонами. В клинической практике врачи протонной терапии берут постоянное значение ОБЭ равное 1.1. Однако ОБЭ зависит от множества факторов, таких как доза облучения, тип облучаемой ткани и линейная передача энергии (ЛПЭ) пучка. Таким образом, использование постоянного значения ОБЭ может привести к возникновению неточных прогнозов клинических результатов.

Чтобы нивелировать эффекты меняющейся ОБЭ, исследователи разработали множество ОБЭ моделей, большинство из которых основаны на линейно-квадратической (ЛК) модели и используют in vitro данные облучения клеток. Исследователи Университета Бергена, Норвегия, и Университетской Больницы Хаукеланд проанализировали целый ряд моделей с различной ОБЭ,  чтобы понять, чем они отличаются друг от друга и что в них общего.

«Количество опубликованных результатов исследований по планированию доз облучения, включая ОБЭ для протонной терапии, постоянно растет, — объясняет ведущий научный сотрудник Эйвинд Рорвик. – Эти исследования позволяют хорошо понять эффекты ОБЭ, однако большинство из них включают только одну или пару различных ОБЭ моделей, которые только меняются от одного исследования к другому. Мы увидели необходимость общего сравнения прогнозируемых значений ОБЭ от различных моделей и анализа того, почему прогнозы отличаются друг от друга».Поиск по научной литературе дает 11 различных феноменологических ОБЭ моделей, основанных на ЛК модели и на клетках, подвергавшихся протонному облучению. Для сравнения, исследователи также изучили две модели для планирования лечения, которые предполагают линейную зависимость ОБЭ от усредненной по дозе ЛПЭ (ЛПЭ_d). В частности, команда исследователей изучила различные данные экспериментов, на которых были основаны эти модели, включая клеточно-специфические параметры, такие как контрольная радиочувствительность (α/β)_x и физические свойства, такие как (ЛПЭ_d).

Базы данных  in vitro, используемые для создания различных ОБЭ моделей, очень сильно различались. Некоторые эксперименты использовали V-79 (клетки легких китайского хомячка), что в целом давало значения (α/β)_x равные 2 – 3 Гр. Другие модели, основанные на 5  — 33 клеточных линиях, имели больший диапазон значений (α/β)_x . Диапазон значений ЛПЭ_d, используемых для получения этих моделей, также сильно варьировался.