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Alumna:Guillermina Cedillo Del Rosario.
e-mail: [email protected] [email protected] [email protected]
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
(D) Empleamos: GEANT4 (MC) A través: Microhaz Célula: Análisis y discusión
geometría del maniquí. Estudio: núcleo y citoplasma
(ρ, composición química, # vóxeles (paralelepípedo rectangular))
Suponemos: radicales libres consecuencia de la interacción de radiación con moléculas de agua del N y C.Análisis y discusión: H.,H
2O
2,e
aq
-,OH.,H2O-,
Modificaciones de las bases 8-oxoG y 8-oxoA en el ADN a partir de sus nucléosidos 8-OH-dG y 8-OH-dA respectivamente.
Geant4Física 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)
dmd
D
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 unaconfiguración electrónica de capasabiertas.Primarios: OH., O2
., HO2., H.
Secundarios: RO2., RO., etc .
● Reactivo● Dona o acepta electrones1. Oxidación2. Altera estructura atómica3. Reacción en cadena4. Ataca componentes importantesde la célula
Acciones de la radiación sobre la célula
DirectaDirecta
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 físico-químicos
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 de hidrógeno
Radiólisis del Agua
RI+ H2
O→H2
O+ + e-
H2
O+ e-→H
2
O-
H2
O-→ OH- + H.
H2
O+→ H+ + OH.
OH. + OH.→H2
O2
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 Exposición radiación natural, etc.
Nivel celular, la radiación interacciona Membranas (problema de permeabilidad) citoplasma (radicales libres OH.) y el núcleo (modificaciones en las bases)
Estudio a
escala
celular:
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 (H2O
2,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.