Aceleradores de partículas para irradiar cultivos celulares

La Radiobiología es una parte de la Biología que estudia los efectos que inducen en los seres vivos las radiaciones ionizantes. Uno de los efectos de estas radiaciones es la generación de mutaciones genéticas, algunas de las cuales pueden inducir tumores. Por otro lado, también pueden destruir un tumor al incidir sobre él con las dosis adecuadas, de ahí que sea de gran interés conocer con profundidad qué posibles daños pueden generar estas radiaciones.

En el Centro Nacional de Aceleradores (CNA) existe actualmente un sistema para irradiar células con protones de bajas energías, por debajo de 5 MeV, en uso; este trabajo ha buscado la puesta a punto de un dispositivo que alcanza energías superiores, haciendo uso para ello del acelerador Ciclotrón, que proporciona protones de 18 MeV.

Montaje experimental en la línea de haz externo del ciclotrón.

Estas energías de los haces de iones del ciclotrón que se emplearán para irradiar células y estudiar los daños inducidos, siguen siendo bastante menores comparadas con las que recibe un paciente en el propio tratamiento con protones, donde se puede llegar a alcanzar hasta los 200 MeV.

A pesar de esta gran diferencia de energía de radiación, las energías que llegan al tumor una vez el haz ha penetrado en el paciente son del orden de las que podemos generar en el CNA y por tanto se puede obtener algunas conclusiones del efecto de la radiación en la zona tumoral.

Varios estudios indican que la eficacia biológica relativa de los protones no es constante como se suele considerar, sino que crece conforme los protones se van frenando en los tejidos y alcanzan energías muy bajas. No hay muchos datos biológicos en este rango de energía, ya que no es fácil hacer experimentos a energías muy bajas en centros clínicos, donde la energía nominal de los protones es de varias decenas de MeV o superior. Por ello, es interesante hacer este tipo de medidas en los aceleradores tándem y ciclotrón del CNA.

Hasta ahora, en el ciclotrón, se han estudiado las características del haz (energía, perfiles, homogeneidad), estableciéndose un sistema para la irradiación de cultivos celulares monocapa.

Para conseguir esta irradiación, es necesario abrir el haz para que abarque toda la superficie del cultivo y de modo que la distribución de dosis en el cultivo sea uniforme.  Estas necesidades se han cubierto variando parámetros tales como distancias entre muestras y haz o haciendo uso de láminas dispersoras intermedias de wolframio.

Línea experimental de haz externo del ciclotrón empleada en este estudio.

Para monitorizar la dosis y medir los perfiles del haz, se hizo uso de una cámara de ionización y películas radiocrómicas EBT3, que se oscurecen de forma proporcional a la dosis cuando incide la radiación, comparando los resultados de nuestras medidas con simulaciones Monte Carlo (SRIM). Se ha conseguido obtener un perfil lo suficientemente grande y homogéneo, con desviaciones máximas en la homogeneidad de alrededor de un 5%.

Este trabajo ha sido desarrollado por investigadores del Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear (FAMN) de la Facultad de Física de la Universidad de Sevilla y del centro Nacional de Aceleradores, dentro del marco de trabajo existente gracias al proyecto europeo OMA, Optimization of Medical Accelerators,  y al proyecto nacional Física Nuclear y Aplicaciones Médicas en el CNA e Instalaciones Internacionales.

El Centro Nacional de Aceleradores es una ICTS de localización única que forma parte del Mapa de ICTS vigente, aprobado el 7 de octubre de 2014 por el Consejo de Política Científica, Tecnológica y de Innovación (CPCTI).