Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów Mikrowiązka ciężkojonowa do badań radiobiologicznych w ŚLCJ Wprowadzenie do dyskusji o projekcie 9 kwietnia 2014 Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów szef@fuw.edu.pl

Motywacja Cele badań radiobiologicznych: Zidentyfikować wrażliwe na promieniowanie obszary w komórce (targety) Scharakteryzować mechanizmy uszkodzeń i naprawy Mikrowiązki (jonowe lub rentgenowskie) dostarczają zdefiniowane dawki do poszczególnych komórek lub ich elementów (jąder) 9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

Co wiemy, pierwsze eksperymenty Przed użyciem mikrowiązek było wiadomo, że promieniowanie jonizujące może wywołać: śmierć komórki, zaburzenia dziedziczenia. (informacja o dziedziczeniu znajduje się w jądrze komórkowym) Biostack–Experiment*, APOLLO 16 z 1972 r. Sandwich z komórek i detektorów śladowych napromieniony promieniowaniem kosmicznym. Rezultat: komórki odległe o m wykazują uszkodzenia * H. Bücker, http://lsda.jsc.nasa.gov/books/apollo/S4ch1.htm 9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

Ciekawostki Linie komórkowe CHO naświetlane cząstkami  wskazują na wymianę chromatyd również w komórkach nie trafionych jonem*. (efekt znany jako bystander) Kontrowersje wokół efektu bystander** -------------------------------------- *) H. Nagasawa, and J.B. Little; Induction of sister chromatid exchanges by extremely low doses of α-particles; Cancer Research 52 (1992) 6394-6396 **) W.F. Morgan, W. Goetz and M.B. Sowa; No bystander effects after irradiation of mammalian cells with a variable energy electron microbeam; Journal of Radiation Research 50 Suppl. (2009) A91 **) U.Kźmierczak et al., Acta Phys.Pol B 45(2014 553-558 9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

Rozwiązania techniczne Wiązka pionowa Możliwość napromieniania komórek w pożywce Możliwe techniki imersyjne Wiązka pozioma Większość akceleratorów oferuje poziome wiązki, Zbędny kosztowny magnes odchylajacy. 9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

Rozwiązania techniczne Wiązka kolimowana Wiązka ogniskowana 9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

Rozwiązania techniczne Wiązka kolimowana Pojawia się halo od rozproszonych na kolimatorze cząstek, Halo można minimalizować zmniejszając odległość między kolimatorem i szalką Ograniczenie rozmiarów mikrowiązki do 2 m Wiązka ogniskowana Wiązki ogniskowane mają mniejsze rozmiary (do 20nm) Mniej rozproszonych czastek trafiajacych poza plamkę wiązki, Dobrze zdefiniowane energie i LET Ogniskowanie zwykle soczewkami kwadrupolowymi 9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

Wiązki jonowe w Europie GSI- Darmstadt Jony: węgiel do uranu, rzadziej p, He, Li Energie: 1,4-11,4 MeV/u Badania: bystander, identyfikacja białek naprawczych, obrazowanie żywych komórek SNAKE, Maier Leibnitzlaboratorium D- 85748 Garching, and Universität der Bundeswehr München Surrey Ion Beam Centre (vertical nanobeam) Jony: protony do Ca Energie: H+ 4MeV,  6MeV, O5+ 12MeV Badania: RBE różnych jonów, testy przeżywalności, promieniowrażliwość przy niskich dawkach 9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

Wiązki jonowe w Europie Kraków, Institute of Nuclear Physics, Polish Academy of Sciences LIPSION, Leipzig Lund Nuclear Microprobe PTB Braunschweig INFN – Laboratori Nazionali di Legnaro,Legnaro (Padova) Italy CEA Saclay CENBG Bordeaux 9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

Zasada działania cyklotronu Cyklotron można charakteryzować przez wielkość K, określającą maksymalną do uzyskania energię jonów. Wielkość ta wynika z promienia magnesu i średniego pola magnetycznego 9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

Wiązka pionowa w ŚLCJ Dla jonów C3+ iloczyn BR maleje dwukrotnie Dla jonów C2+ iloczyn BR maleje trzykrotnie Po monochromatyzacji, można wiązkę ogniskować z dokładnością do nm. 9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

Możliwe eksperymenty Real-time visualization of XRCC1-GFP fusion protein dynamics induced by charged particles irradiation in living cells. Expression and accumulation of GFP-tagged human XRCC1 before and after charged particles irradiation. The nucleus is targeted in its center as indicated by a red cross on the first image and irradiated on 5 spots distributed on a 10-lm wide cross pattern at t = 10 s. Before irradiation, the fluorescence signal of XRCC1-GFP is spread over the whole nucleus. 100 ± 10 protons are delivered Stéphane Bourret, François Vianna, Guillaume Devčs, Vincent Atallah, Philippe Moretto, Hervé Seznec, Philippe Barberet, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 325 (2014) 27–34 9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

Dziękuję 9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

Cyklotron Warszawski (ŚLCJ) Podstawowe parametry: Typ: Izochroniczny, AVF Średnica: 2 m Źródło jonów: ECR, 10 GHz Parametr K: 120-160 Struktura magnetyczna: Cztery sektory, prosta Struktura RF: Generatory 2x120 kW 12-21 MHz, dwa 45-stopniowe duanty, napięcie przyspieszania 70 kV Metoda wyprowadzenia wiązki: Zdzieranie ładunku Zakres wartości stosunku masa/ładunek jonów: 2-10 http://www.slcj.uw.edu.pl 9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ