Wielkości nanodozymetryczne w analizie skutków napromieniania komórek V79 lekkimi jonami

Rozprawa doktorska podejmuje temat analizy możliwości powiązania nanodozymetrycznych wielkości charakteryzujących strukturę toru cząstki jonizującej z biologicznym opisem odpowiedzi komórek linii V79. Celem jest weryfikacja możliwości zastosowania parametrów opisujących stochastyczne oddziaływania w nanoskali do określenia skuteczności lekkich jonów w radioterapii. W badaniach nanodozymetrycznych wykorzystuje się liczniki gazowe działające na zasadzie zliczania jonów wytworzonych przez przejście pojedynczej cząstki pierwotnej w objętości czułej. Ta objętość jest modelem obiektu (targetu) biologicznego o rozmiarach porównywalnych z pojedynczym segmentem DNA. Procesy te są dobrze odtwarzane przez symulacje Monte Carlo i to je wykorzystano do określenia wielkości nanodozymetrycznych w modelowanym fragmencie helisy DNA. Zastosowano modele fizyki Geant4-DNA zwalidowane w oparciu o wyniki eksperymentalne z użyciem nanodozymetru Jet Counter. Dane biologiczne pochodzą z bazy danych radiobiologicznych PIDE, która zestawia wyniki badań przeżywalności napromienianych komórek przeprowadzonych przez wiele grup badawczych na przestrzeni dekad. Do analizy wybrano linię komórkową V79 fibroblastów płuc chomika chińskiego, która jest powszechnie używana w badaniach uszkodzeń DNA i procesów naprawczych. Wielkości nanodozymetryczne i biologiczne zostały zestawione w celu sprawdzenia zasadności zastosowania ważonego prawdopodobieństwa otrzymania co najmniej dwóch jonizacji w objętości nanometrowej jako deskryptora odpowiedzi komórkowej. Zweryfikowano potencjalne korzyści wykorzystania wartości średniego rozmiaru klastra jako alternatywę dla liniowego przekazu energii. Rozpatrzono hipotezę o związku między wielkościami nanodozymetrycznymi a opisem radiobiologicznym dla standardowego targetu jako modelu podstawowej jednostki DNA czułej na promieniowanie jonizujące. Celem tych badań było wskazanie możliwości alternatywnego opisu oddziaływania promieniowania jonizującego z materiałem komórkowym w oparciu o wielkości mierzone w nanoskali. Daje to szansę na wykorzystanie wielkości nanodozymetrycznych w ocenie biologicznej skuteczności lekkich jonów.

The doctoral dissertation addresses the topic of the possibility of analyzing the relationship between nanodosimetric quantities characterizing the track structure of the ionizing particle and the biological response of V79 cell line. The aim is to verify the applicability of parameters describing stochastic interactions at the nanoscale in determining the effectiveness of light ions in radiotherapy. In nanodosimetric studies, gas-based counters are used, operating on the principle of counting ions produced by the passage of a single primary particle in a sensitive volume. This volume models a biological target with dimensions comparable to a single DNA segment. These processes are well-reproduced by Monte Carlo simulations, which were used to determine the nanodosimetric quantities in the modeled fragment of the DNA helix. The Geant4-DNA physics models, validated against experimental results using the Jet Counter nanodosimeter, were applied. The biological data is derived from the PIDE radiobiological database, which compiles the results from studies on the survival of irradiated cells conducted by various research groups over decades. For the analysis, the V79 cell line of Chinese hamster lung fibroblasts was chosen, as it is commonly used in studies of DNA damage and repair processes. Nanodosimetric and biological quantities were compared to verify the validity of applying the weighted probability of obtaining at least two ionizations in a nanometric volume as a cellular response descriptor. The potential benefits of using the mean cluster size as an alternative to linear energy transfer were examined. The hypothesis of a relationship between nanodosimetric quantities and the radiobiological description for the standard target as a model of the basic DNA unit sensitive to ionizing radiation was considered. This study aimed to demonstrate the possibilities of an alternative description of ionizing radiation interactions with cellular material based on quantities measured at the nanoscale. It provides an opportunity to use nanodosimetric quantities in the assessment of the biological effectiveness of light ions.