Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Skutki działania ciężkich jonów na komórki CHO-K1

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Skutki działania ciężkich jonów na komórki CHO-K1"— Zapis prezentacji:

1 Skutki działania ciężkich jonów na komórki CHO-K1
Joanna Czub Instytut Fizyki Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach

2 Plan prezentacji Część 1: Badania prowadzone w ramach pracy doktorskiej: zastosowanie badań dotyczących oddziaływania promieniowania z materią żywą, cel badań, długoletnią współpracę, układ eksperymentalny, materiał doświadczalny, wyniki otrzymane na podstawie przeprowadzonych testów biologicznych, Część 2: Kolejne badania: efekt jednoczesnego działania dwóch jonów na materiał biologiczny, plan na przyszłość.

3 Część 1: Zastosowanie badań
radioterapia nowotworów (terapia ciężkimi jonami) ochrona radiologiczna podczas długotrwałych lotów kosmicznych

4 Cel terapii i ochrony radiologicznej
Terapia ciężkimi jonami Ochrona radiologiczna wywołanie całkowitej inaktywacji komórek określenie konsekwencji genetycznych działania promieniowania i podjęcie środków zapobiegających Kraft G. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A 454 (2000) Główny cel badań to poznanie skutków działania promieniowania o energiach z zakresu piku Bragga na komórki.

5 Cel pracy Główny cel to: Osiągnięcie tego celu wymagało:
przeprowadzenie badań radiobiologicznych polegających na napromienieniu ciężkimi jonami węgla lub neonu materiału biologicznego, określenie biologicznych skutków oddziaływania ciężkich jonów o niskiej energii (tj. o wysokim LET) na materiał biologiczny, Osiągnięcie tego celu wymagało: uruchomienia odpowiedniego stanowiska eksperymentalnego dedykowanego eksperymentom radiobiologicznym z wykorzystaniem ciężkich jonów z cyklotronu warszawskiego, przeprowadzenia serii testów biologicznych na napromienionych komórkach.

6 Długoletnia współpraca
Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego (ŚLCJ UW): J.Choiński, zespół obsługujący cyklotron, Narodowe Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku: M.Jaskóła, A.Korman, Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (UW): Z.Szefliński (1) wraz ze współpracownikami, U.Kaźmierczak, Uniwersytet Jana Kochanowskiego (UJK) w Kielcach: Instytut Fizyki: D.Banaś(2), J.Braziewicz, Instytut Biologii: A.Lankoff(3), H.Lisowska, A.Wójcik(4), Instytut Chemii i Techniki Jądrowej (ICHTJ) w Warszawie: I.Buraczewska, A.Wójcik(4)(5), Świętokrzyskie Centrum Onkologii (ŚCO) w Kielcach: J.Braziewicz, pracownicy Zakładu Fizyki Medycznej i Diagnostyki Obrazowej ŚCO. (1)ŚLCJ (obecnie), (2)ŚCO ; (3)ICHTJ (obecnie również); (4) GMT Department, Stockholm University, Sweden (obecnie również); (5) w okresie przeprowadzania eksperymentów

7 Układ eksperymentalny
wiązka: wyprowadzenie do atmosfery jednorodne natężenie w przekroju poprzecznym 95% na powierzchni rzędu 1cm x 1cm powierzchnia napromieniana (komórki): napromienianie powierzchni o rozmiarze 6 cm x 6 cm monitoring on-line dawki deponowanej w materiale biologicznym Uzyskanie wiązki 1 cm x 1 cm stosowane rozwiązania - rozmycie wiązki z akceleratora: wielokrotne rozproszenia w folii rozpraszającej

8 Układ eksperymentalny - realizacja
wykorzystano do napromieniania komórek jony 12C lub 20Ne hala eksperymentalna cyklotron izochroniczny

9 Układ eksperymentalny – realizacja
stanowisko eksperymentalne - szkic stanowisko eksperymentalne - widok nr 1. specjalna szalka Petiego z komórkami w pożywce nr 2. stolik pomiarowy nr 3. zakończone folią havarową wyjście jonowodu nr 4. kamera internetowa nr 5. płytka podtrzymująca nr 6. miejsce na detektor pod kątem 00 względem pierwotnego kierunku padania wiązki

10 Pomiary profili wiązek
rozkład natężenia jonów określony eksperymentalnie przy użyciu detektorów półprzewodnikowych (200 i 00) – pomiar profilu wiązek profil wiązki to stosunek liczby zliczeń detektora 00 do liczby zliczeń detektora 200 wyniki pomiarowe przedstawiono na rysunkach jednorodność 95%

11 Sposób napromieniania tarczy 6 cm x 6 cm
wiązka pozostaje nieruchoma szalka jest przesuwana o szerokość wiązki aż napromieniony zostanie obszar 6 cm x 6 cm Przesuwanie szalki – stolik pomiarowy xyz, zmienia pozycję w wyniku reakcji na impuls elektryczny generowany po zarejestrowaniu określonej liczby zliczeń przez detektor 200 Schemat układu elektronicznego

12 Program sterujący stolikiem pomiarowym
Cel: poruszanie stolikiem zgodnie z wytyczoną trasą

13 Dawka zmieniana na podstawie zliczeń detektora 200
Dozymetria Etap wstępny (dozymetria on-line) Etap szczegółowy (dozymetria off-line) Dawka zmieniana na podstawie zliczeń detektora 200 Założenia: wiązka monoenergetyczna (jedna wartość LET) LET na grubości komórki jest stałe zmiana LET na grubości komórki

14 Pomiary odniesienia pomiar zachowania układu biologicznego napromienianego wiązką referencyjną ze źródła 60Co (aparat terapeutyczny Theratron 780C) w ŚCO dawka określona została zgodnie z procedurami medycznymi tj. IAEA report 277 źródło kobaltowe

15 Materiał biologiczny linia komórkowa CHO-K1 (Chinese Hamster Ovary) z jajnika chomika chińskiego cechy CHO-K1: szybkie tempo wzrostu: 12-14 h cykl komórkowy zdolność do tworzenia kolonii 22 chromosomy hodowla komórek w szalkach Petriego ICHTJ (eksperymenty w Warszawie) IB UJK (eksperymenty w Kielcach)

16 Zastosowane testy biologiczne
test przeżywalności cel: określenie przeżycia komórek po zaabsorbowaniu dawki promieniowania test aberracji chromosomowych cel: określenie poziomu uszkodzeń strukturalnych chromosomów spowodowanych promieniowaniem test mikrojądrowy: cel: określenie poziomu mikrojąder spowodowanych promieniowaniem w komórkach dwujądrowych testy przeprowadzono zgodnie ze standardowymi procedurami

17 Test przeżywalności Wyniki – Frakcja przeżywająca w funkcji dawki
mniejsza frakcja komórek przeżywających po zastosowaniu jonów niż promieniowania g model LQ (linear quadratic): -nienaprawialne uszkodzenia -naprawialne uszkodzenia SF = exp(-D-D2) Rodzaj promieniowania Energia na wejściu do komórki (MeV) LET na wejściu do komórki (keVm-1)  (Gy-1) (Gy-2) R2 RBEM 12C 33.2 438 0.70.06 0.050.04 0.99 4.05 20.3 576 0.610.13 0.010.07 0.97 3.67 9.1 832 0.520.06 0.94 3.03 20Ne 56.2 1017 0.450.03 0.96 2.62 34.7 1245 0.380.03 2.22 15 1616 0.360.03 2.05 60Co 0.170.04 0.020.01 1 Oldham M. Phys. Educ. 36, 460 (2001)

18 Test przeżywalności Wyniki - Względna skuteczność biologiczna
RBE=f(LET): brak zróżnicowania na typ jonów (LET: ~ keV/m) Weyrather W.K. et al. Int. J. Rad. Biol. 75,11 (1999) Mehnati P. et al. J. Rad. Res. 46 (2005)

19 aberracje/komórkę = c + D
Test aberracji chromosomowych Wyniki – Liczba aberracji w funkcji dawki większa skuteczność indukowania aberracji przez ciężkie jony niż promieniowanie  fit LQ model: (Evans H.J. Phys.Med.Biol. 17, 1(1972)) c-poziom aberracji spontanicznych -współczynnik nienaprawialnych uszkodzeń aberracje/komórkę = c + D

20 Test mikrojądrowy Wyniki – MN/BNC w funkcji dawki
Mikrojądra to małe struktury widoczne w cytoplazmie fit LQ model: -nienaprawialne uszkodzenia -naprawialne uszkodzenia MN – mikrojądra BNC – komórki dwujądrowe Komórka z dwoma jądrami Komórka z dwoma jądrami i 1 mikrojądrem MN/BNC = D + D2 (Słonina D. Rad. Environ. Biophys.42 (2003))

21 Podsumowanie – część 1 uruchomiony został układ eksperymentalny przeznaczony do badań radiobiologicznych z użyciem ciężkich jonów z cyklotronu warszawskiego, przeprowadzono trzy testy biologiczne z użyciem komórek CHO-K1, otrzymane wyniki pozwoliły na: uszczegółowienie relacji RBE-LET w zakresie LET ~ keV/mm wskazując na brak zróżnicowania na typ jonów,

22 Część 2 - Przeżywalność komórek napromienianych wiązką dwóch jonów
Cel: określenie efektu jednoczesnego działania dwóch jonów o różnym LET na komórki Wykorzystywane jony: Jony węgla Jony tlenu

23 Ochrona radiologiczna astronautów
Zastosowanie badań Ochrona radiologiczna astronautów Radioterapia ciężkojonowa promieniowanie słoneczne (solar flares) protony (80%), jony helu (5- 10%),ciężkie jony i elektrony (1%) galaktyczne promieniowanie kosmiczne (wybuchy supernowych) protony (85%), jony helu (14%), cięższe jony (1%) – węgla, żelaza, tlenu, neonu energia:100 MeV eV procesy fragmentacji jonów Stelzer H. Nucl.Phys. B 61B (1998)

24 Współpraca Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego (ŚLCJ UW): Z.Szefliński wraz ze współpracownikami, zespół obsługujący cyklotron, Narodowe Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku: M.Jaskóła, A.Korman, Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (UW): U.Kaźmierczak, Uniwersytet Jana Kochanowskiego (UJK) w Kielcach: Instytut Fizyki: D.Banaś(1), J.Braziewicz, Instytut Biologii: A.Lankoff(2), H.Lisowska, A.Wójcik, Instytut Chemii i Techniki Jądrowej (ICHTJ) w Warszawie: M.Kruszewski, M.Wojewódzka, Świętokrzyskie Centrum Onkologii (ŚCO) w Kielcach: J.Braziewicz, pracownicy Zakładu Medycyny Nuklearnej GMT Department, Stockholm University, Sweden: A.Wójcik. (1)ŚCO ; (2)ICHTJ;

25 Wiązka dwujonowa - otrzymywanie
Wiązka dwujonowa dostarczana jest przez cyklotron ŚLCJ Zasada działania cyklotronu: wykorzystanie zachowania naładowanej cząstki w polu elektrycznym i magnetycznym zapewnienie spełnienia warunku synchroniczności pomiędzy częstością cyrkulacji cząstki w polu magnetycznym (częstością cyklotronową), a częstością oscylacji pola elektrycznego Częstość cyklotronowa (fc): fc = Odpowiednio dobierając stosunek q/m dla jonów węgla i tlenu przyspieszamy jednocześnie dwa jony w cyklotronie: qB q – ładunek B – indukcja magnetyczna m - masa 2pm źródło jonów podłączone do zbiorników z 12C i 16O jony węgla jony tlenu q= 3 m=12 u q = 4 m=16 u q/m = 1/4 q/m=1/4

26 Wiązka dwujonowa – 1-szy test
Po raz pierwszy wiązkę dwujonową otrzymaliśmy w 2006 r. Widmo energetyczne: Dane z pracy magisterskiej T. Adamus, UW, 2007

27 Wiązka dwujonowa – kolejne eksperymenty
Wiązkę dwujonową po raz kolejny otrzymaliśmy i wykorzystaliśmy do napromieniania materiału biologicznego w 2012 r. i 2013 r. Wykorzystywane jony: Jony węgla: energia = 68 MeV (na wejściu do komórek), LET= 265 keV/mm. Jony tlenu: energia = 91 MeV (na wejściu do komórek), LET= 456 keV/mm. Profil wiązki – jednorodność 95%

28 Układ eksperymentalny i materiał doświadczalny
standardowy układ eksperymentalny materiał doświadczalny komórki CHO-K1 – Chinese Hamster Ovary

29 Dozymetria Etap wstępny (dozymetria on-line) Dawka zmieniana na podstawie sumy zliczeń detektora pod kątem 200 Założenie: wiązka dla pojedynczych jonów jest monoenergetyczna LET na grubości komórki jest stałe oraz

30 Dozymetria Dawka jest obliczana na podstawie:
Etap szczegółowy (dozymetria off-line) Dawka jest obliczana na podstawie: zmiana LET na grubości komórki

31 Wiązka dwujonowa – test biologiczny
Po napromienieniu komórek skutki są badane używając testu przeżywalności. Celem tego rodzaju testu jest określenie frakcji komórek przeżywających po zaabsorbowaniu dawki promieniowania. Na podstawie tych danych wykreślana jest krzywa przeżywalności będąca relacją między frakcją komórek przeżywających napromienianie a dawką promieniowania zaabsorbowanego.

32 Addytywność czy synergia
Znając krzywe przeżywalności dla wiązki mieszanej oraz osobno dla wiązki węgla i tlenu określimy czy uzyskany efekt jest rezultatem addytywnym czy synergicznym. Efekt addytywny występuje wtedy, gdy liczba uszkodzeń powstałych przy jednoczesnym działaniu dwóch czynników (A – 12C3+, B – 16O4+) jest równa sumie uszkodzeń spowodowanych oddzielnie przez czynnik A i B. Efekt synergiczny występuje wtedy, gdy liczba uszkodzeń powstałych przy jednoczesnym działaniu dwóch czynników (A i B) jest większa niż suma ich oddzielnego działania. Efekt antagonistyczny występuje wtedy, gdy liczba uszkodzeń powstałych przy jednoczesnym działaniu dwóch czynników (A i B) jest mniejsza niż suma ich oddzielnego działania. (Berek S. et al. Gynecologic oncology 2009) (Jeremic B. Advances in Radiation Oncology in Lung Cancer 2012) (Jeremic B. Advances in Radiation Oncology in Lung Cancer 2012)

33 Addytywność czy synergia - izobologram
Opierając się na otrzymanych krzywych przeżywalności dla czynnika A – węgiel i czynnika B – tlen rysujemy izobologram (podpunkt (b)) Tannock I. et al. The basic science of oncology 2004 Streffer C. et al. IJRB 1987

34 Addytywność czy synergia - izobologram
Izobologram (rys. (b)) łączy dawki dwóch czynników A i B, przy których oczekuje się, że dadzą ten sam efekt biologiczny (np. przeżywalność 20%), kiedy używane są razem. Dawki odczytywane są z krzywych przeżywalności dla czynnika A i B, przy danym poziomie przeżycia. Z powodu rozważań dotyczących nałożenia lub nienałożenia na siebie uszkodzeń powstają dwie krzywe I i II, które zakreślają otoczkę addytywności (envelope of additivity). Dane eksperymentalne (tj. po napromienieniu komórek wiązką mieszaną) ulokowane wewnątrz otoczki addytywności wskazują na efekt addytywny. Dane poza otoczką na efekt synergiczny lub antagonistyczny. Streffer C. et al. IJRB 1987

35 Przegląd literatury W literaturze efekt addytywny i synergiczny jest badany od dawna. W większości badań wykorzystywano promieniowanie rtg, neutrony. A – addytywność, S - synergia Tabela od Staff E., Szwecja Reference Agent A Agent B Result Barendsen et al X-rays 210Po (α) A Raju & Jett 1974 239Pu (α) Railton et al. 1975 60Co n S Durand & Olive 1976 Ngo et al. 1977 Ngo et al. 1981 10Ne Bird et al. 1983 2H, 3He Higgins et al. 1983 Higgins et al. 1984 Joiner et al. 1984 McNally et al. 1984 McNally et al. 1988 Reference Agent A Agent B Res ult Ngo et al. 1988 X-rays 10Ne, 18Ar S Brooks et al. 1990 238Pu (α) Suzuki 1993 60Co n Kanai et al. 1997 3He,4He 12C A Wuttke et al. 1998 Furusawa et al.2002 18Ar, 4Si,56Fe Demizu et al. 2004 Sutherland et al. 2005 p 28Si Zhou et al. 2006 56Fe, 48Ti Bennett et al. 2007 Hada et al. 2007 56Fe Phoenix et al. 2009 Elmore et al. 2011

36 Podsumowanie – Część 2 Planujemy:
Napromienianie komórek wiązką węgla i osobno wiązką tlenu Wykreślenie krzywych przeżywalności Określenie rezultatu: addytywność czy synergizm

37 Dziękuję za uwagę


Pobierz ppt "Skutki działania ciężkich jonów na komórki CHO-K1"

Podobne prezentacje


Reklamy Google