Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

S KUTKI DZIAŁANIA CIĘŻKICH JONÓW NA KOMÓRKI CHO-K1 Joanna Czub Instytut Fizyki Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "S KUTKI DZIAŁANIA CIĘŻKICH JONÓW NA KOMÓRKI CHO-K1 Joanna Czub Instytut Fizyki Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach."— Zapis prezentacji:

1 S KUTKI DZIAŁANIA CIĘŻKICH JONÓW NA KOMÓRKI CHO-K1 Joanna Czub Instytut Fizyki Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach

2 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. 2 P LAN PREZENTACJI

3 C ZĘŚĆ 1: Z ASTOSOWANIE BADAŃ radioterapia nowotworów (terapia ciężkimi jonami) ochrona radiologiczna podczas długotrwałych lotów kosmicznych 3

4 C EL TERAPII I OCHRONY RADIOLOGICZNEJ wywołanie całkowitej inaktywacji komórek określenie konsekwencji genetycznych działania promieniowania i podjęcie środków zapobiegających Terapia ciężkimi jonamiOchrona radiologiczna 4 Główny cel badań to poznanie skutków działania promieniowania o energiach z zakresu piku Bragga na komórki. Kraft G. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A 454 (2000)

5 C EL PRACY Główny cel to: 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. 5

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

7 U KŁAD 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 7 U ZYSKANIE WIĄZKI 1 CM X 1 CM stosowane rozwiązania - rozmycie wiązki z akceleratora: wielokrotne rozproszenia w folii rozpraszającej

8 8 U KŁAD EKSPERYMENTALNY - REALIZACJA cyklotron izochroniczny hala eksperymentalna wykorzystano do napromieniania komórek jony 12 C lub 20 Ne

9 U KŁAD EKSPERYMENTALNY – REALIZACJA 9 stanowisko eksperymentalne - szkicstanowisko 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 0 0 względem pierwotnego kierunku padania wiązki

10 rozkład natężenia jonów określony eksperymentalnie przy użyciu detektorów półprzewodnikowych (20 0 i 0 0 ) – pomiar profilu wiązek profil wiązki to stosunek liczby zliczeń detektora 0 0 do liczby zliczeń detektora 20 0 wyniki pomiarowe przedstawiono na rysunkach 10 jednorodność 95% P OMIARY PROFILI WIĄZEK

11 S POSÓB 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 11 Przesuwanie szalki – stolik pomiarowy xyz, zmienia pozycję w wyniku reakcji na impuls elektryczny generowany po zarejestrowaniu określonej liczby zliczeń przez detektor 20 0 Schemat układu elektronicznego

12 P ROGRAM STERUJĄCY STOLIKIEM POMIAROWYM Cel: poruszanie stolikiem zgodnie z wytyczoną trasą 12

13 Założenia: wiązka monoenergetyczna (jedna wartość LET) LET na grubości komórki jest stałe zmiana LET na grubości komórki Etap wstępny (dozymetria on-line) Etap szczegółowy (dozymetria off-line) 13 Dawka zmieniana na podstawie zliczeń detektora 20 0 D OZYMETRIA

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

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

16 Z ASTOSOWANE 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 16

17 T EST PRZEŻYWALNOŚCI W YNIKI – F RAKCJA PRZEŻYWAJĄCA W FUNKCJI DAWKI mniejsza frakcja komórek przeżywających po zastosowaniu jonów niż promieniowania  model LQ (linear quadratic):  -nienaprawialne uszkodzenia  -naprawialne uszkodzenia 17 Rodzaj promieniowania Energia na wejściu do komórki (MeV) LET na wejściu do komórki (keV  m -1 )  (Gy -1 )  (Gy -2 ) R2R2 RBE M 12 C      Ne    Co0.17   SF = exp(-  D-  D 2 ) Oldham M. Phys. Educ. 36, 460 (2001)

18 T EST PRZEŻYWALNOŚCI W YNIKI - W ZGLĘDNA SKUTECZNOŚĆ BIOLOGICZNA RBE=f(LET): brak zróżnicowania na typ jonów (LET: ~ keV/  m) 18 Weyrather W.K. et al. Int. J. Rad. Biol. 75,11 (1999) Mehnati P. et al. J. Rad. Res. 46 (2005)

19 T EST ABERRACJI CHROMOSOMOWYCH W YNIKI – L ICZBA 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 19 aberracje/komórkę = c +  D

20 T EST MIKROJĄDROWY W YNIKI – MN/BNC W FUNKCJI DAWKI Mikrojądra to małe struktury widoczne w cytoplazmie fit LQ model:  -nienaprawialne uszkodzenia  -naprawialne uszkodzenia MN – mikrojądra BNC – komórki dwujądrowe 20 MN/BNC =  D +  D 2 (Słonina D. Rad. Environ. Biophys.42 (2003)) Komórka z dwoma jądrami Komórka z dwoma jądrami i 1 mikrojądrem

21 P ODSUMOWANIE – 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/  m wskazując na brak zróżnicowania na typ jonów, 21

22 C ZĘŚĆ 2 - P RZEŻYWALNOŚĆ KOMÓREK NAPROMIENIANYCH WIĄZKĄ DWÓCH JONÓW Cel: określenie efektu jednoczesnego działania dwóch jonów o różnym LET na komórki Wykorzystywane jony: Jony węgla Jony tlenu 22

23 Z ASTOSOWANIE BADAŃ 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 Ochrona radiologiczna astronautów Radioterapia ciężkojonowa 23 Stelzer H. Nucl.Phys. B 61B (1998)

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

25 W IĄZKA 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 (f c ): f c = Odpowiednio dobierając stosunek q/m dla jonów węgla i tlenu przyspieszamy jednocześnie dwa jony w cyklotronie: 25 2m2m qB q – ładunek B – indukcja magnetyczna m - masa jony węglajony tlenu q= 3m=12 uq = 4m=16 u q/m = 1/4 źródło jonów podłączone do zbiorników z 12 C i 16 O

26 W IĄZKA DWUJONOWA – 1- SZY TEST Po raz pierwszy wiązkę dwujonową otrzymaliśmy w 2006 r. Widmo energetyczne: 26 Dane z pracy magisterskiej T. Adamus, UW, 2007

27 W IĄZKA 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/  m. Jony tlenu:  energia = 91 MeV (na wejściu do komórek),  LET= 456 keV/  m. Profil wiązki – jednorodność 95% 27

28 komórki CHO-K1 – Chinese Hamster Ovary U KŁAD EKSPERYMENTALNY I MATERIAŁ DOŚWIADCZALNY standardowy układ eksperymentalny materiał doświadczalny 28

29 D OZYMETRIA Dawka zmieniana na podstawie sumy zliczeń detektora pod kątem 20 0 Etap wstępny (dozymetria on-line) 29 Założenie: wiązka dla pojedynczych jonów jest monoenergetyczna LET na grubości komórki jest stałe oraz

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

31 W IĄZKA 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. 31

32 A DDYTYWNOŚĆ 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 Efekt addytywny występuje wtedy, gdy liczba uszkodzeń powstałych przy jednoczesnym działaniu dwóch czynników (A – 12 C 3+, B – 16 O 4+ ) jest równa sumie uszkodzeń spowodowanych oddzielnie przez czynnik A i B. Efekt synergiczny 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 Efekt antagonistyczny występuje wtedy, gdy liczba uszkodzeń powstałych przy jednoczesnym działaniu dwóch czynników (A i B) jest mniejsza niż suma ich oddzielnego działania. 32 (Berek S. et al. Gynecologic oncology 2009) (Jeremic B. Advances in Radiation Oncology in Lung Cancer 2012)

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

34 A DDYTYWNOŚĆ CZY SYNERGIA - IZOBOLOGRAM 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. 34 Streffer C. et al. IJRB 1987

35 P RZEGLĄD LITERATURY W literaturze efekt addytywny i synergiczny jest badany od dawna. W większości badań wykorzystywano promieniowanie rtg, neutrony. A – addytywność, S - synergia 35 ReferenceAgent AAgent BResult Barendsen et al X-rays 210 Po (α)A Raju & Jett 1974X-rays 239 Pu (α)A Railton et al ConS Durand & Olive 1976X-raysnS Ngo et al. 1977X-raysnS Ngo et al. 1981X-rays 10 NeS Bird et al. 1983X-rays 2 H, 3 HeS Higgins et al ConS Higgins et al ConS Joiner et al. 1984X-raysnS McNally et al. 1984X-raysnS McNally et al. 1988X-rays 239 Pu (α)A ReferenceAgent AAgent B Res ult Ngo et al. 1988X-rays 10 Ne, 18 ArS Brooks et al. 1990X-rays 238 Pu (α)S Suzuki ConS Kanai et al He, 4 He 12 C A Wuttke et al. 1998X-raysnA Furusawa et al.2002X-rays 18 Ar, 4 Si, 56 Fe A Demizu et al. 2004X-rays 12 CA Sutherland et al p 28 Si A Zhou et al p 56 Fe, 48 Ti S Bennett et al p 56 Fe, 48 Ti S Hada et al p 56 Fe S Phoenix et al Co 238 Pu (α)A Elmore et al p 56 Fe A Tabela od Staff E., Szwecja

36 P ODSUMOWANIE – C ZĘŚĆ 2 Planujemy: Napromienianie komórek wiązką węgla i osobno wiązką tlenu Wykreślenie krzywych przeżywalności Określenie rezultatu: addytywność czy synergizm 36

37 D ZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ 37


Pobierz ppt "S KUTKI DZIAŁANIA CIĘŻKICH JONÓW NA KOMÓRKI CHO-K1 Joanna Czub Instytut Fizyki Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach."

Podobne prezentacje


Reklamy Google