Zygmunt SzeflińskiŚrodowiskowe Laboratorium Ciężkich

Jonówszef@fuw.edu.pl

Mikrowiązka ciężkojonowa

do badań radiobiologicznych w

ŚLCJ Wprowadzenie do dyskusji o projekcie

9 kwietnia 2014

Mikrowiązka ciężkojonowa

do badań radiobiologicznych w

ŚLCJ Wprowadzenie do dyskusji o projekcie

9 kwietnia 2014

MotywacjaMotywacja

9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

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)

Co wiemy, pierwsze eksperymenty

Co wiemy, pierwsze eksperymenty

9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

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

CiekawostkiCiekawostki

9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

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 RadiationResearch 50 Suppl. (2009) A91**) U.Kźmierczak et al., Acta Phys.Pol B 45(2014 553-558

Rozwiązania techniczneRozwiązania techniczne

9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

Wiązka pionowaMożliwość napromieniania komórek w pożywceMożliwe techniki imersyjne

Wiązka poziomaWiększość akceleratorów oferuje poziome wiązki, Zbędny kosztowny magnes odchylajacy.

Rozwiązania techniczneRozwiązania techniczne

9.IV.2014Life Sciences, ŚLCJ

Wiązka kolimowana

Wiązka ogniskowana

Rozwiązania techniczneRozwiązania techniczne

9.IV.2014Life Sciences, ŚLCJ

Wiązka kolimowana

Wiązka ogniskowana

Pojawia się halo od rozproszonych na kolimatorze cząstek,

Halo można minimalizować zmniejszając odległość między kolimatorem i szalką

Ograniczenie rozmiarów mikrowiązki do 2 m

Wiązki ogniskowane mają mniejsze rozmiary (do 20nm)

Mniej rozproszonych czastek trafiajacych poza plamkę wiązki,

Dobrze zdefiniowane energie i LET Ogniskowanie zwykle soczewkami

kwadrupolowymi

Wiązki jonowe w EuropieWiązki jonowe w Europie

9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

GSI- DarmstadtJony: węgiel do uranu, rzadziej p, He, LiEnergie: 1,4-11,4 MeV/uBadania: bystander, identyfikacja białek naprawczych, obrazowanie żywych komórekSNAKE, Maier LeibnitzlaboratoriumD- 85748 Garching, and Universität derBundeswehr München

Surrey Ion Beam Centre (vertical nanobeam)Jony: protony do CaEnergie: H+ 4MeV, 6MeV, O5+ 12MeVBadania: RBE różnych jonów, testy przeżywalności, promieniowrażliwość przy niskich dawkach

Wiązki jonowe w EuropieWiązki jonowe w Europie

9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

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

Zasada działania cyklotronuZasada działania cyklotronu

9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

rBq

2mvv

m

qB

rv

Cyklotron można charakteryzować przez wielkość K, określającą maksymalną do uzyskania energię jonów. Wielkość ta wynika z promienia magnesu i średniego pola magnetycznego

m

qBrv

222max

2

max 2/

m

qK

m

qRBuE

uMeVmuEKm

q/10/160;

4

125,0 max

Wiązka pionowa w ŚLCJWiązka pionowa w ŚLCJ

9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

Dla jonów C3+ iloczyn BR maleje dwukrotnieDla jonów C2+ iloczyn BR maleje trzykrotnie

%5,1E

E

%1E

E

Po monochromatyzacji, można wiązkę ogniskować z dokładnością do nm.

Możliwe eksperymentyMożliwe eksperymenty

9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

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

Real-time visualization of XRCC1-GFP fusion protein dynamics induced by charged particles irradiation in living cells. Expression and accumulation of GFP-taggedhuman 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 spotsdistributed 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

DziękujęDziękuję

9.IV.2014 Life Sciences, ŚLCJ

Cyklotron Warszawski (ŚLCJ)Cyklotron Warszawski (ŚLCJ)

9.IV.2014 Life Sciences, 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