Ανάλυση βάσεων δεδομένων για το RBE ακτίνων-Χ, ηλεκτρονίων και αδρονίων

Σκοπός: Η παρούσα εργασία στόχευσε στην ανάλυση βάσεων δεδομένων προκειμένου να προσδιοριστεί με δύο διαφορετικούς ορισμούς το RBE, ηλεκτρονίων και πρωτονίων σε ανθρώπινα κύτταρα, για διάφορα ποσοστά συγκέντρωσης οξυγόνου 100%, 20% (τυπική φυσιολογική οξυγόνωση) και 1% (υποξία) και να πραγματοποιηθεί η μεταξύ τους σύγκριση. Χρησιμοποιήθηκε ο κώδικας Monte Carlo Damage Simulation (3.10A December 5, 2011 MCDS) για την ακτινοβολία αναφοράς εκ πηγής 60Co σε όλο το εύρος ενεργειών της, για ηλεκτρόνια 1 MeV – 30 MeV και πρωτόνια 1 MeV – 250 MeV, που καλύπτουν πολλά πεδία εφαρμογών της Ιατρικής Φυσικής σε θεραπεία, αλλά και διάγνωση. Διερευνήθηκε η συνεισφορά της συγκέντρωσης οξυγόνου στον υπολογισμό RBEDSB για ηλεκτρόνια και πρωτόνια και RBEcell_survival για δέσμη πρωτονίων. Επιπλέον, θεωρήθηκε σκόπιμο να διαχωριστεί η επίδραση απλών και σύνθετων βλαβών DSB στο RBEDSB για ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Ακόμη, χρησιμοποιήθηκε η ραδιοβιολογική βάση δεδομένων RadPhysBio για τον υπολογισμό RBEDSB για δέσμη πρωτονίων μέσω πειραματικών μετρήσεων DSB και η σύγκρισή τους με εκείνα εκ του κώδικα MCDS. Τέλος, εφαρμόστηκε το μοντέλο Repair – Misrepair – Fixation για τον υπολογισμό RBEcell_survival στην περιοχή του Bragg peak δέσμης πρωτονίων. Μεθοδολογία: Η προσομοίωση των βλαβών στο DNA ανθρώπινων κυττάρων διενεργήθηκε μέσω της έκδοσης 3.10A December 5, 2011 του κώδικα MCDS, για ποσοστά συγκέντρωσης οξυγόνου 100%, 20% (τυπική φυσιολογική οξυγόνωση) και 1% (υποξία). Τα μεγέθη που μελετήθηκαν εκτενέστερα είναι η σχετική βιολογική αποτελεσματικότητα (Relative Biological Effectiveness, RBE) που αφορά την επαγωγή θραύσεων της διπλής έλικας του DNA (Double Strand Brake, DSB) και οι αντίστοιχες επιμέρους ποσότητες για απλές και σύνθετες βλάβες τύπου DSB, υπολογίστηκε το ίδιο μέγεθος με βάση τις απορροφούμενες δόσεις διαφορετικών τύπων ακτινοβολίας που προκαλούν κατά μέσο όρο 10 DSB Gy-1 Gbp-1 και επιβίωση του 10% των κυττάρων, αλλά και βάσει των πειραματικά μετρούμενων DSBs. Για τα τελευταία αντλήθηκαν οι απαιτούμενες παράμετροι από την βάση δεδομένων RadPhysBio. Ακόμη, υπολογίστηκαν τα αντίστοιχα κλάσματα επιβίωσης και RBE, με χρήση του γραμμικού τετραγωνικού μοντέλου, για απορροφούμενες δόσεις 2 Gy και 5 Gy, ως αντιπροσωπευτικά παραδείγματα της συμβατικής ακτινοθεραπείας και της υποκλασματοποίησης. Τέλος, εκτελέστηκαν προσομοιώσεις για αρχικές ενέργειες 10 MeV και 1 MeV, βήμα – βήμα με βάση την απώλεια ενέργειας, προκειμένου να διερευνηθεί η μεταβολή του RBE στο Bragg peak και πριν το τέλος της τροχιάς. Αποτελέσματα: Ανεξαρτήτως της συγκέντρωσης οξυγόνου, τόσο για ηλεκτρόνια όσο και για πρωτόνια οι διαφορές των υπό μελέτη ορισμών δεν ξεπερνούσαν σε καμία περίπτωση το 0.1% κατ’ απόλυτη τιμή. Μάλιστα, στην περίπτωση των πρωτονίων και για υποξικές συνθήκες, που κυριαρχούν οι DSBs, οι διαφορές είναι μικρότερες του 0.01%. Προχωρώντας στα RBEDSB απλών και σύνθετων DSB και για τα δύο σωματίδια η τιμή πλησιάζει την μονάδα στο μεγαλύτερο εύρος ενεργειών, ενώ στο τέλος της τροχιάς τους παρουσιάζεται ραγδαία αύξηση. Για τα ηλεκτρόνια, στο 1 keV παρατηρείται RBEDSB,Simple ≈ 1.7 και RBEDSB,Complex ≈ 3.4, ενώ για πρωτόνια 1 MeV RBEDSB,Simple ≈ 2.3 και RBEDSB,Complex ≈ 6.3. Ο παράγοντας επαύξησης οξυγόνου βρέθηκε OER ≈ 1.35 και για τα δύο σωματίδια για το μεγαλύτερο εύρος ενεργειών. Στα χαμηλοενεργειακά ηλεκτρόνια παρατηρείται πως δεν διαφέρει σημαντικά από την προαναφερθείσα τιμή, ενώ για τα πρωτόνια μικρών ενεργειών είναι ίσο με την μονάδα. Όσον αφορά τις κυτταρικές σειρές που μελετήθηκαν με δεδομένα εκ της RadPhysBio, οι περισσότερες τιμές RBE δεν πλησιάζουν στην κλινικά χρησιμοποιούμενη. Ενδεικτικά, για ακτινοβόληση με πρωτόνια υψηλού LET εντοπίζονται RBE2 Gy ≈ 3.4 για συμβατικό σχήμα ακτινοθεραπείας και RBE5 Gy ≈ 2.4 για πρωτόκολλο υποκλασματοποίησης. Επιπρόσθετα, αναδείχθηκε το γεγονός πως η πειραματική μέτρηση DSBs διεξήγαγε RBEDSB που διαφέρουν από 0.1% έως και 2.1% κατ’ απόλυτη τιμή, μ’ εκείνα εκ του MCDS να έχουν τεθεί ως τιμές αναφοράς. Σχετικά με το μοντέλο RMF επιβεβαιώθηκε πως το RBEcell_survival συγκλίνει στην κλινικά χρησιμοποιούμενη τιμή, RBE = 1.1, για ενέργειες μεγαλύτερες των 5 MeV. Προς το τέλος της τροχιάς των πρωτονίων παρουσιάζεται απότομη αύξηση, λαμβάνοντας τιμές από 1.5 έως και 5 για τις περισσότερες περιπτώσεις. Τέλος, το μοντέλο RMF δεν διαφοροποιείται σημαντικά από τον κώδικα MCDS ως προς την εκτίμηση RBEcell_survival ( < 0.1% για ενέργειες πρωτονίων άνω των 2 MeV, ανεξαρτήτως α/βR). Για ενέργειες πρωτονίων μικρότερες των 2 MeV παρουσιάζει συμφωνία με τον MCDS της τάξεως του 0.1% – 0.5%, υπολογίζοντας ελαφρώς υψηλότερες τιμές RBE. Συμπεράσματα: Η συμφωνία που παρατηρήθηκε μεταξύ των δύο μεθόδων υπολογισμού RBE δεν προκαλεί έκπληξη, καθώς οι ορισμοί είναι ταυτόσημοι. Έτσι, καθίσταται δυνατή η χρήση οποιουδήποτε από τους δύο ορισμούς, ανάλογα με τα δεδομένα που διατίθενται κάθε φορά. Η RadPhysBio παρείχε πειραματικές τιμές μέσω των οποίων αναδείχθηκε το γεγονός πως ο MCDS υπάρχει περίπτωση να υπολογίζει τιμές που να αποκλίνουν σημαντικά από τις μετρούμενες. Έτσι, απαιτείται η χρήση περισσότερων εργαλείων, όχι για να τον αντικαταστήσουν, αλλά για να επιστρατεύονται συμπληρωματικά. Συγκεκριμένα, το μοντέλο RMF υπολογίζοντας ελαφρώς υψηλότερο RBE σε σχέση με τον MCDS, φαίνεται να δύναται να παράσχει ικανοποιητικές προβλέψεις και κρίνεται χρήσιμο να διερευνηθεί περεταίρω.

Authors dc:creator

• Αλεξιάδου Αντωνία
• Alexiadou Antonia

• Επιστήμες Υγείας
• Health Sciences

Language dc:language

Ελληνικά, Greek

Identifier

uoadl:5326209

OAI identifier oai:identifier

oai:lib.uoa.gr:uoadl:5326209