Dosimetria per l'irradiazione cellulare mediante impianti a raggi X ortovolta (40-300 kV)
Summary
Questo documento descrive un nuovo protocollo di dosimetria per le irradiazioni cellulari che utilizzano apparecchiature a raggi X a bassa energia. Le misurazioni vengono eseguite in condizioni che simulano il più possibile condizioni reali di irradiazione cellulare.
Abstract
L’importanza dei protocolli e delle norme dosimetriche per gli studi radiobiologici è evidente. Sono stati proposti diversi protocolli per la determinazione della dose utilizzando impianti a raggi X a bassa energia, ma a seconda delle configurazioni di irradiazione, dei campioni, dei materiali o della qualità del fascio, a volte è difficile sapere quale protocollo sia il più appropriato da utilizzare. Proponiamo pertanto un protocollo di dosimetria per le irradiazioni cellulari che utilizzano impianti a raggi X a bassa energia. Lo scopo di questo metodo è quello di eseguire la stima della dose a livello del monostrato cellulare per renderlo il più vicino possibile alle reali condizioni di irradiazione cellulare. Le diverse fasi del protocollo sono le seguenti: determinazione dei parametri di irradiazione (alta tensione, intensità, contenitore cellulare, ecc.), determinazione dell’indice di qualità del fascio (coppia di strati ad alta tensione-mezzo valore), misurazione dell’intensità di dose con camera di ionizzazione calibrata in condizioni di kerma dell’aria, quantificazione dell’attenuazione e dello scattering del mezzo di coltura cellulare con pellicole radiocromiche EBT3 e determinazione dell’intensità di dose a livello cellulare. Questa metodologia deve essere eseguita per ogni nuova configurazione di irradiazione cellulare in quanto la modifica di un solo parametro può avere un forte impatto sulla deposizione di dose reale a livello del monostrato cellulare, in particolare coinvolgendo raggi X a bassa energia.
Introduction
L’obiettivo della radiobiologia è quello di stabilire collegamenti tra la dose erogata e gli effetti biologici; la dosimetria è un aspetto cruciale nella progettazione di esperimenti radiobiologici. Da oltre 30 anni si sottolinea l’importanza delle norme dosimetriche e dell’armonizzazione delle pratiche1,2,3,4,5. Per stabilire un riferimento all’intensità di dose, esistonodiversi protocolli 6,7,8,9,10; tuttavia, come dimostrato da Peixoto e Andreo11 , possono esserci differenze fino al 7% a seconda della quantità dosimetrica utilizzata per la determinazione dell’intensità di dose. Inoltre, anche se esistono protocolli, a volte è difficile sapere quale protocollo sia il più adatto per una particolare applicazione, se presente, perché l’intensità di dose per le cellule dipende da parametri come il contenitore cellulare, la quantità di mezzi di coltura cellulare o la qualità del fascio, per esempio. Anche la dispersione e il backscattering per questo tipo di irradiazione sono un parametro molto importante da prendere in considerazione. Infatti, per i raggi X a bassa e media energia, nel protocollo di riferimento AAPM TG-6110, la dose assorbita nell’acqua viene misurata sulla superficie di un fantasma d’acqua. Tenendo conto delle condizioni molto specifiche di irradiazione cellulare, il piccolo volume di mezzi di coltura cellulare circondati dall’aria è più vicino alle condizioni del kerma rispetto a quelle definite per una dose assorbita con un grande fantasma equivalente all’acqua come nel protocollo TG-61. Pertanto, abbiamo scelto di utilizzare il kerma in acqua come quantità dosimetrica come riferimento piuttosto che la dose assorbita nell’acqua. Pertanto, proponiamo un nuovo approccio per fornire una migliore determinazione della dose effettiva erogata alle cellule.
Inoltre, un altro aspetto cruciale per gli studi radiobiologici è la completa comunicazione dei metodi e dei protocolli utilizzati per l’irradiazione per poter riprodurre, interpretare e confrontare i risultati sperimentali. Nel 2016, Pedersen etal. Un recente studio più ampio condotto da Draeger e altri13 ha evidenziato che, anche se sono riportati alcuni parametri dosimetrici come la dose, l’energia o il tipo di sorgente, manca gran parte dei parametri fisici e dosimetrici essenziali per replicare correttamente le condizioni di irradiazione. Questa rassegna su larga scala, di oltre 1.000 pubblicazioni riguardanti gli ultimi 20 anni, mostra una significativa mancanza di segnalazione delle condizioni fisiche e dosimetriche negli studi radiobiologici. Pertanto, una descrizione completa del protocollo e del metodo utilizzato negli studi radiobiologici è obbligatoria per avere esperimenti robusti e riproducibili.
Tenendo conto di questi diversi aspetti, per gli esperimenti radiobiologici effettuati presso l’IRSN (Istituto per la protezione dalle radiazioni e la sicurezza nucleare), è stato attuato un rigoroso protocollo per le irradiazioni cellulari in un impianto di ortotensione. Questo protocollo di dosimetria è stato progettato per simulare il più possibile le condizioni reali di irradiazione cellulare e quindi per determinare la dose effettiva erogata alle cellule. A tal fine, vengono elencati tutti i parametri di irradiazione e l’indice di qualità del fascio è stato valutato misurando lo strato di mezzo valore (HVL) per il quale sono stati effettuati alcuni adattamenti in quanto non è possibile seguire le raccomandazioni standard delprotocollo AAPM 10. La misurazione dell’intensità di dose assoluta è stata quindi eseguita con la camera di ionizzazione all’interno del contenitore cellulare utilizzato per le irradiazioni cellulari, e l’attenuazione e la dispersione del supporto di coltura cellulare sono state quantificate anche con pellicole radiocromatiche EBT3. Poiché la modifica di un solo parametro del protocollo può influire in modo significativo sulla stima della dose, viene eseguita una dosimetria dedicata per ogni configurazione di irradiazione cellulare. Inoltre, il valore HVL deve essere calcolato per ogni combinazione tensione-filtro. In questo lavoro attuale vengono utilizzate una tensione di 220 kV, un’intensità di 3 mA e una filtrazione intrinseca e aggiuntiva di 0,8 mm e 0,15 mm di berillio e rame. La configurazione di irradiazione cellulare scelta si trova su un pallone T25, in cui le cellule sono state irradiate con 5 ml di mezzi di coltura cellulare.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo lavoro presenta il protocollo utilizzato e implementato per le irradiazioni cellulari utilizzando un impianto a raggi X a bassa energia. Al giorno d’oggi, molti esperimenti di radiobiologia vengono eseguiti con questo tipo di irradiatore in quanto sono facili da usare, convenienti e con pochissimi vincoli di radioprotezione, rispetto alla fonte di cobalto per esempio. Sebbene queste configurazioni abbiano molti vantaggi, in quanto utilizzano una fonte di energia a basso raggio X, una modifica di un solo parametro …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
nessuno
Materials
| 31010 ionization chamber | PTW | ionization Radiation, Detectors including code of practice, catalog 2019/2020, page 14 | https://www.ptwdosimetry.com/fileadmin/user_upload/DETECTORS_Cat_en_16522900_12/blaetterkatalog/index.html?startpage=1#page_14 |
| EBT3 radiochromic films | Meditest | quote request | https://www.meditest.fr/produit/ebt3-8×10/ |
| electrometer UNIDOSEwebline | PTW | online catalog, quote request | https://www.ptwdosimetry.com/en/products/unidos-webline/?type=3451&downloadfile=1593& cHash= 6096ddc2949f8bafe5d556e931e6c865 |
| HVL material (filter, diaphragm) | PTW | online catalog, page 70, quote request | thickness foils: 0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 5 and 10 mm of copper, https://www.ptwdosimetry.com/fileadmin/user_upload/Online_Catalog/Radiation_Medicine_Cat_en_ 58721100_11/blaetterkatalog/index.html#page_70 |
| scanner for radiochromic films | Epson | quote request | Epson V700, seiko Epson corporation, Suwa, Japan |
| temperature and pressure measurements, Lufft OPUS20 | lufft | quote request | https://www.lufft.com/products/in-room-measurements-291/opus-20-thip-1983/ |
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