Zygmunt Szeflinski

1
Mikrowiazka ciezkojonowa do badan
radiobiologicznych w SLCJ Wprowadzenie do
dyskusji o projekcie9 kwietnia 2014

• Zygmunt Szeflinski
• Srodowiskowe Laboratorium Ciezkich Jonów
• szef_at_fuw.edu.pl

2
Motywacja

• Cele badan radiobiologicznych
• Zidentyfikowac wrazliwe na promieniowanie obszary
  w komórce (targety)
• Scharakteryzowac mechanizmy uszkodzen i naprawy
• Mikrowiazki (jonowe lub rentgenowskie)
  dostarczaja zdefiniowane dawki do poszczególnych
  komórek lub ich elementów (jader)

3
Co wiemy, pierwsze eksperymenty

• Przed uzyciem mikrowiazek bylo wiadomo, ze
  promieniowanie jonizujace moze wywolac
• smierc komórki,
• zaburzenia dziedziczenia.
• (informacja o dziedziczeniu znajduje sie w jadrze
  komórkowym)
• BiostackExperiment, APOLLO 16 z 1972 r.
• Sandwich z komórek i detektorów sladowych
  napromieniony promieniowaniem kosmicznym.
• Rezultat komórki odlegle o ??m wykazuja
  uszkodzenia
• H. Bücker, http//lsda.jsc.nasa.gov/books/apoll
  o/S4ch1.htm

4
Ciekawostki
Linie komórkowe CHO naswietlane czastkami ?
wskazuja na wymiane chromatyd równiez w komórkach
nie trafionych jonem. (efekt znany jako
bystander) Kontrowersje wokól efektu
bystander --------------------------------------
) H. Nagasawa, and J.B. Little Induction of
sister chromatid exchanges by extremely low doses
of a-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.Kzmierczak et al., Acta
Phys.Pol B 45(2014 553-558
5
Rozwiazania techniczne

• Wiazka pionowa
• Mozliwosc napromieniania komórek w pozywce
• Mozliwe techniki imersyjne
• Wiazka pozioma
• Wiekszosc akceleratorów oferuje poziome wiazki,
• Zbedny kosztowny magnes odchylajacy.

6
Rozwiazania techniczne
Wiazka kolimowana
Wiazka ogniskowana
7
Rozwiazania techniczne
Wiazka kolimowana

• Pojawia sie halo od rozproszonych na kolimatorze
  czastek,
• Halo mozna minimalizowac zmniejszajac odleglosc
  miedzy kolimatorem i szalka
• Ograniczenie rozmiarów mikrowiazki do 2 ?m

Wiazka ogniskowana

• Wiazki ogniskowane maja mniejsze rozmiary (do
  20nm)
• Mniej rozproszonych czastek trafiajacych poza
  plamke wiazki,
• Dobrze zdefiniowane energie i LET
• Ogniskowanie zwykle soczewkami kwadrupolowymi

8
Wiazki jonowe w Europie
GSI- Darmstadt Jony wegiel do uranu, rzadziej p,
He, Li Energie 1,4-11,4 MeV/u Badania
bystander, identyfikacja bialek naprawczych,
obrazowanie zywych 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 róznych jonów, testy
przezywalnosci, promieniowrazliwosc przy niskich
dawkach
9
Wiazki 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

10
Zasada dzialania cyklotronu
Cyklotron mozna charakteryzowac przez wielkosc K,
okreslajaca maksymalna do uzyskania energie
jonów. Wielkosc ta wynika z promienia magnesu i
sredniego pola magnetycznego
11
Wiazka pionowa w SLCJ
Dla jonów C3 iloczyn BR maleje dwukrotnie Dla
jonów C2 iloczyn BR maleje trzykrotnie
Po monochromatyzacji, mozna wiazke ogniskowac z
dokladnoscia do nm.
12
Mozliwe 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
Devcs, Vincent Atallah, Philippe Moretto, Hervé
Seznec, Philippe Barberet, Nuclear Instruments
and Methods in Physics Research B 325 (2014) 2734
13
Dziekuje
14
Cyklotron Warszawski (SLCJ)
Podstawowe parametry Typ Izochroniczny, AVF
Srednica 2 m Zródlo 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,
napiecie przyspieszania 70 kV Metoda
wyprowadzenia wiazki Zdzieranie ladunku Zakres
wartosci stosunku masa/ladunek jonów 2-10
http//www.slcj.uw.edu.pl