Download Simulación de la interacción de radiación en células - FCFM-BUAP

Alumna:Guillermina Cedillo Del Rosario.
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Asesores: Humberto Antonio Salazar Ibargüen
Eduardo González Jiménez
Desarrollo de la exposición
I.
Objetivo
II.
Resumen
III.
Introducción
IV.
GEANT4
V.
Microhaz
VI.
Radicales libres
VII. Técnica
para el cálculo de
los radicales libres
VIII.Resultados
IX.
Conclusiones
X.
Perspectivas
Simulación de la interacción de
radiación en células utilizando el
software Geant4 y cálculo de
radicales libres.
Objetivo
Comprender y aplicar GEANT4 para el conteo de
los radicales libres generados en respuesta a la
irradiación de la Queratinocito. Se propone un
modelo que considera la información química de
la célula y la distribución de la dosis absorbida en
núcleo y citoplasma, proporcionada por el
Microhaz.
El modelo considera, particularmente ioniza las
moléculas de agua de la Queratinocito. Este
efecto tiene la capacidad de producir radicales
libres en la célula.
Resumen






Destacamos: Dosis absorbida Suponemos: radicales libres
(D)
consecuencia de la interacción
de radiación con moléculas de
Empleamos: GEANT4 (MC)
agua del N y C.
A través: Microhaz
Análisis
y
discusión:
Célula:
H.,H2O2,eaq-,OH.,H2O-,
Análisis
y
discusión Modificaciones de las bases 8geometría del maniquí.
oxoG y 8-oxoA en el ADN a
Estudio: núcleo y citoplasma partir de sus nucléosidos 8-OH(ρ, composición química, # dG y 8-OH-dA respectivamente.
vóxeles
(paralelepípedo
rectangular))
Geant4
 Física
Médica
a)Acelerador
Linac
b)Hadrónterapia
c)Maniquí
de los
órganos
del
cuerpo humano
d)Braquiterapia
e)Microhaz
Microhaz
Geometría del maniquí de la
Queratinocito

Célula epitelial

[HaCaT/(GFP-H2B)]

Célula cultivada
durante 24 horas (c)
Maniquí de la Queratinocito
Citoplasma del maniquí
C1(ρ=1 g/cm3) y C2 (ρ=10 g/cm3)
Núcleo del maniquí
N1(ρ=1 g/cm3) y N2 (ρ=1.1 g/cm3)
Información química
Literatura
Cantidades calculadas
Dosis absorbida (Gy)
d
D
dm
D: Dosis absorvida (Gy).
dε: Energía promedio depositada por la
radiación ionizante (J).
dm: Elemento de materia (Kg) [masa de agua (vóxel
de citoplasma) =2.099 x 10 -13 g*0.85, ρ = 10 g/cm3].
Gráficas dosis absorbida 100 mil
eventos
Acción de la radiación sobre el
cuerpo
Aumenta
la
Temperatura
Radical libre
Átomo o molécula que posee una
configuración electrónica de capas
abiertas.
Primarios: OH., O2., HO 2., H.
Secundarios: RO 2., RO ., etc .
Reactivo
Dona o acepta electrones
1. Oxidación
2. Altera estructura atómica
3. Reacción en cadena
4. Ataca componentes importantes
de la célula
●
●
Acciones de la radiación sobre la
célula
Directa
Indirecta
Procesos físicos

Directa


Indirecta
Las partículas alfas al
interaccionar con la
molécula H2O pueden,
por medio de una
interacción culombiana:

ionizarla o

excitarla
Provocando eventos físicoquímicos
Ionización
Provocarán la salida de un electrón y la formación
de un ion positivo o catión de agua.
Excitación electrónica
Rompe:


El enlace covalente
dentro de la molécula
de agua, sacándola
de su estabilidad, que
resulta
en
la
producción del radical
libre más reactivo
.
(OH )
El
enlace
hidrógeno
de
Radiólisis del Agua


RI+ H O→H O+ + e2
H O+ e-→H 2O2
2
H O-→ OH- + H.
2
H O+→ H+ + OH.
2

OH. + OH.→H O
2 2
Valores G
Resultados
Radicales OH. 100 mil eventos:
citoplasma
Radicales OH. 100 mil eventos:
núcleo
Modificaciones bases
Cálculo de las modificaciones
Conclusiones
Programas de simulación:

Focalizar un haz de partículas

Cuantificar la dosis absorbida

El control es más minucioso

Protección es mayor

Deposito dosis (microdosimetría)

Irradiaciones a dosis baja
Conclusiones
Interacción de partículas cargadas en su estado
base de energía con el medio vivo

Exposición profesional

Terapias anticancerosas
Estudio
a

Exposición radiación natural, etc.
escala
Nivel celular, la radiación interacciona

celular:
Membranas (problema de permeabilidad)

citoplasma (radicales libres OH.)

y el núcleo (modificaciones en las bases)
Conclusiones
El ADN es susceptible

Radiación ionizante

Radicales hidroxilo



Las modificaciones de las bases (radicales
libres)
La formación de 8-oxoG (modificación mas
dañina)
La 8-oxoG y 8-oxoA (14-37 modificaciones por
cada 108 pares)
Conclusiones
La Radiación ionizante

Aumentar o disminuir el volumen

Mutaciones genéticas

Muerte

Propiedad destructiva
método terapéutico
Esperamos nuestros resultados sean
extrapolados a todo un túmor.
Opción para el tratamiento (neoplasia de higado)
Perspectivas
Modificar el ejemplo microhaz



A partir de la masa del vóxel calcular el número
de moléculas de agua
.
Calcular los valores G (H2O2,OH ) a partir de
la información química de la queratinocito
Introducir los productos 8-OH-dG y 8-OH-dA y
calcular las modificaciones en el ADN
Cortes anatómicos de la célula
irradiada

INTENSIÓN:
Las células se les
divide en planos para
un mejor estudio de la
acción biológica
Bibliografía


[1] S. Chauvie, Z. Francis, S. Guatelli, S.Incerti, B.
Mascialino, P. Moretto, P. Nieminen and M. G. Pia.
“Geant4 Physics Processes for Microdosimetry
Simulation: Design Foundation and Implementation of
the First Set of Models”. IEEE Transactions on
Nuclear Science, vol. 54, no. 6, pp. 2619-2628, 2007.
[2] J. Meesungnoen, J. P. J. Gerin, A. F. Mouhim and
S. Mankhetkorn. “Monte-Carlo Calculation of the
Primary Yields of H2O2 in the 1H+, 2H+, 4He2+,
7Li3+, and 12C6+ Radiolysis of Liquid Water at 25 and
300oC”. Can. J. Chem., vol. 80, pp. 68-75, 2002.