(1) Instituto de Física de Rosario, CONICET-UNR, Rosario, Argentina.

(2) Université Bordeaux 1, Burdeos, Francia.

(3) Université Paul Verlaine, Metz, Francia.

Desarrollo de códigos Monte Carlo para estudiar el daño biológico

provocado por la radiación ionizante. Estos códigos son alimentados

por secciones eficaces de los procesos físicos que toman lugar a lo

largo de la traza de la partícula primaria (y de todas las partículas

secundarias generadas)

I. Comprender cómo y por qué los iones son tan efectivos en

provocar daño biológico

II. Predecir posibles complicaciones

III. Analizar teóricamente efectos de diferentes partículas (daño en

astronautas por impacto de iones pesados rápidos)

Estudio de la deposición de energía a nivel del mic rometroy del nanometro

Estudiar los efectos que se producen cuando un haz

de iones pesados rápidos atraviesa el tejido biológico

Citoplasma

Núcleo Ionización

Excitación

Captura

Ionización simple

P q+ + T P q+ + T+ + e-

++++

q+q+-

- --

Captura simple

P q+ + T P (q-1)+ + T+

++++

q+q+-

--

-

Efectos directos

ADN

Efectos indirectos

eaq-

H3O+

OH

H

H2O2

H2

OH-

O2

O2-

HO2

HO2-

O(3P)

O-

O3-

H2O

Muy agresivos!!

Radiólisis del agua

¿Cómo producen daño las radiaciones ionizantes?

Continuum Distorted Wave – Eikonal Initial State (CDW-EIS)

CNDO: Complete Neglect of Differential OverlapLos diferentes orbitales moleculares son descriptos en términos de orbitales atómicos pesados por coeficientesobtenidos por análisis poblacional

0.3 Mev H+ + H2O (vapor) 2 Mev He2+ + H2O (vapor)

Olivera et al.,Phys. Med. Biol. 41 (1996)

Secciones eficaces CDW-EIS simplemente diferenciales de ionización simple

en función de la energía del electrón emitido

Bäckström et al.: LIonTrack code and applications at the nanometer scale. Medical Physics (2013)

Secciones eficaces totales CDW-EIS de ionización simple

ADNADENINA, GUANINA, TIMINA, CITOSINA

URACIL (ARN)

ADENINA, GUANINA, TIMINA, CITOSINA

URACIL (ARN)

Galassi et al. Phys. Med. Biol. 57

(2012) 2081–2099

Galassi et al. Phys. Med. Biol. 57 (2012) 2081–2099

(**) Pimblott and LaVerne. Rad. Phys. Chem. 76 (2007) 1244-1247.

101 102 103 104 1050

10

20

30

40

50

60

70

80 H+

CDW-EIS Adenina CDW-EIS H2O

Pimblott and Laverne (2007)

Mea

n ej

ecte

d en

ergy

(eV

)

Projectile incident energy (keV/u)

H+ + H2O (liquid)

H+ + Adenina CDW-EIS

(**) Pimblott and LaVerne. Rad. Phys. Chem. 76 (2007) 1244-1247.

101 102 103 104 1050

10

20

30

40

50

60

70

H+ Pimblott 2007

He2+ Pimblott 2007 (**)

C6+ Surdutovich 2009 (*)

CDW-EIS Calculations

H+ He2+

C6+

Mea

n ej

ecte

d en

ergy

(eV

)

Projectile incident energy (keV/u)

H2O (liquid)

� Comprender los procesos físicos iniciales (llamados críticos) que dan lugar

a la deposición de la energía es de fundamental interés actual por sus

aplicaciones en microdosimetría de hadrones.

� Efectos directos del impacto de hadrones sobre el ADN celular están

siendo estudiados teórica y experimentalmente. Las secciones eficaces de

ionización calculadas alimentarán un código MonteCarlo de

microdosimetría en el que se simulará la estructura de la célula (núcleo

conteniendo ADN + citoplasma representado por agua) y se estudiará el

daño directo por impacto de iones.

� Se está avanzando en el cálculo de procesos multielectrónicos por

impacto de iones sobre ADN y ARN por impacto de protones e iones

pesados

Rosario, Argentina