1 Alumna:Guillermina Cedillo Del Rosario. e-mail: [email protected] Asesores: Humberto Antonio Salazar Ibargüen Eduardo González Jiménez

2 Desarrollo de la exposiciónObjetivo Resumen Introducción GEANT4 Microhaz Radicales libres Técnica para el cálculo de los radicales libres Resultados Conclusiones Perspectivas

3 Simulación de la interacción de radiación en células utilizando el software Geant4 y cálculo de radicales libres.

4 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.

5 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.,H2O2,eaq-,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.

6 Geant4 Física Médica Acelerador Linac HadrónterapiaManiquí de los órganos del cuerpo humano Braquiterapia Microhaz

7 Microhaz

8 Geometría del maniquí de la QueratinocitoCélula epitelial [HaCaT/(GFP-H2B)] Célula cultivada durante 24 horas (c)‏

9 Maniquí de la Queratinocito

10 Citoplasma del maniquí

11 C1(ρ=1 g/cm3) y C2 (ρ=10 g/cm3)‏

12 Núcleo del maniquí

13 N1(ρ=1 g/cm3) y N2 (ρ=1.1 g/cm3)

14 Información química

15 Literatura

16 Cantidades calculadas

17 Dosis absorbida (Gy)‏ 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 g*0.85, ρ = 10 g/cm3].

18 Gráficas dosis absorbida 100 mil eventos

19 Acción de la radiación sobre el cuerpoAumenta la Temperatura

20 Radical libre

21 Acciones de la radiación sobre la célulaDirecta Indirecta Directa

22 Procesos físicos Directa IndirectaLas partículas alfas al interaccionar con la molécula H2O pueden, por medio de una interacción culombiana: ionizarla o excitarla Provocando eventos físico- químicos

23 Ionización Provocarán la salida de un electrón y la formación de un ion positivo o catión de agua.

24 Excitación electrónicaRompe: 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

25 Radiólisis del Agua RI+ H2O→H2O+ + e- H2O+ e-→H2O- H2O-→ OH- + H. H2O+→ H+ + OH. OH. + OH.→H2O2

26 Valores G

27 Programa: Algoritmo

28 Resultados

29 Radicales OH. 100 mil eventos: citoplasma

30 Radicales OH. 100 mil eventos: núcleo

31 Modificaciones bases

32 Productos

33 Cálculo de las modificaciones

34 Conclusiones Programas de simulación: Focalizar un haz de partículasCuantificar la dosis absorbida El control es más minucioso Protección es mayor Deposito dosis (microdosimetría)‏ Irradiaciones a dosis baja

35 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:

36 Conclusiones El ADN es susceptible Radiación ionizanteRadicales 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)‏

37 Conclusiones La Radiación ionizante Aumentar o disminuir el volumenMutaciones genéticas Muerte Propiedad destructiva método terapéutico Esperamos nuestros resultados sean extrapolados a todo un túmor. Opción para el tratamiento (neoplasia de higado)‏

38 Perspectivas Modificar el ejemplo microhazA partir de la masa del vóxel calcular el número de moléculas de agua Calcular los valores G (H2O2,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

39 Cortes anatómicos de la célula irradiadaINTENSIÓN: Las células se les divide en planos para un mejor estudio de la acción biológica

40 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 , 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 , 2002.