Estudo da interação de partículas carregadas pesadas com o DNA usando métodos computacionais

• Processo: 18/15316-7
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores - Fase 2
• Vigência: 01 de maio de 2019 - 30 de abril de 2024
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física
• Pesquisador responsável: Mario Antonio Bernal Rodriguez
• Beneficiário: Mario Antonio Bernal Rodriguez
• Instituição Sede: Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Alessandra Tomal ; Alexandre Fontes da Fonseca ; Jean Rinkel ; Ricardo Paupitz Barbosa dos Santos
• Vinculado ao auxílio: 11/51594-2 - Desenvolvimento de um sistema computacional para a simulação da interação da radiação ionizante com o material genético humano, AP.JP
• Bolsa(s) vinculada(s): 21/04275-0 - Desenvolvimento de modelo geométrico dos cromossomos levando em conta mapas HiC, BP.IC; 21/00731-1 - Uso de modelos biofísicos para estimar relatividade biológica de isótopos usados em Targeted Radionuclide Therapy, BP.DD; 21/00426-4 - Adaptação de modelo geométrico de simulações para ser usado na configuração da Targeted Radionuclide Therapy, BP.IC; 20/05666-0 - Desenvolvimento de modelo biofísico para aberrações cromossômicas induzidas por radiação ionizante, BP.PD; 20/02348-8 - Calibração de potencial de interação próton-átomo para o campo de forças REAX, BP.IC
• Assunto(s): Simulação de dinâmica molecular Radiobiologia Teoria do funcional da densidade Método de Monte Carlo
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Dft | Dinâmica Molecular | Monte Carlo | Radiações ionizantes | Radiobiologia | reaxff | Biofísica, Física Médica

Resumo

A interação de partículas ionizantes com o DNA produz dano nessa molécula. Esse dano está intimamente relacionado tanto com a origem quanto com o tratamento do câncer. Em anos recentes, o uso de feixes de partículas carregadas pesadas, como protons, tem se incrementado significativamente. Diferentemente do fotons e eletrons, que vem sendo usados na radioterapia do câncer há mais de um século, a radiobiologia associada a partículas pesadas ainda não é bem conhecida. Estamos propondo este projeto para estudar o dano inicial induzido por essas partículas no DNA, usando simulações Monte Carlo e dinâmica molecular quântica e clássica. Assim, esperamos compreender melhor o estagio físico-químico do dano ao DNA induzido por protons e partículas ±. Este estudo devera fornecer também informação quantitativa e qualitativa para melhorarmos os modelos biofísicos que temos desenvolvido nos últimos 15 anos, baseados na simulação Monte Carlo da interação radiação-DNA. Esses modelos permitem estimar a efetividade biológica de diferentes qualidades de radiação, desde fotons até partículas carregadas pesadas. Nossos modelos podem ser aplicados na radioterapia do câncer baseada em fotons e ions, na proteção radiológica e na terapia com compostos marcados. (AU)

Publicações científicas

(12)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

LI, WEI BO; STANGL, STEFAN; KLAPPROTH, ALEXANDER; SHEVTSOV, MAXIM; HERNANDEZ, ALICIA; KIMM, MELANIE A.; SCHUEMANN, JAN; QIU, RUI; MICHALKE, BERNHARD; BERNAL, MARIO A.; et al. Application of High-Z Gold Nanoparticles in Targeted Cancer Radiotherapy-Pharmacokinetic Modeling, Monte Carlo Simulation and Radiobiological Effect Modeling. CANCERS, v. 13, n. 21, NOV 2021. (15/21873-8, 20/08647-7, 11/51594-2, 18/15316-7)

SHIN, WOOK-GEUN; SAKATA, DOUSATSU; LAMPE, NATHANAEL; BELOV, OLEG; TRAN, NGOC HOANG; PETROVIC, IVAN; RISTIC-FIRA, ALEKSANDRA; DORDEVIC, MILOS; BERNAL, MARIO A.; BORDAGE, MARIE-CLAUDE; et al. A Geant4-DNA Evaluation of Radiation-Induced DNA Damage on a Human Fibroblast. CANCERS, v. 13, n. 19, OCT 2021. (18/15316-7, 15/21873-8, 11/51594-2, 20/08647-7)

DE FARIA, JHAISON C.; PAUPITZ, RICARDO; VAN DUIN, ADRI C. T.; BERNAL, MARIO A.. Evaluation of the Reax Force-Field for Studying the Collision of an Energetic Proton with the DNA. JOURNAL OF CHEMICAL THEORY AND COMPUTATION, v. 18, n. 11, p. 9-pg., 2022-11-08. (11/51594-2, 18/15316-7, 15/21873-8, 20/08647-7)

DE FARIA, JHAISON C.; PAUPITZ, RICARDO; VAN DUIN, ADRI C. T.; BERNAL, MARIO A.. Evaluation of the Reax Force-Field for Studying the Collision of an Energetic Proton with the DNA. JOURNAL OF CHEMICAL THEORY AND COMPUTATION, v. N/A, p. 9-pg., 2022-10-28. (15/21873-8, 20/08647-7, 18/15316-7, 11/51594-2)

BERNAL, MARIO A.; LIENDO, JACINTO A.; INCERTI, SEBASTIEN; FRANCIS, ZIAD; TRAN, HOANG N.. Experimental cross sections for water ionization due to the impact of light ions-A review. NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION B-BEAM INTERACTIO, v. 517, p. 10-pg., 2022-04-15. (11/51594-2, 18/15316-7, 15/21873-8, 20/08647-7)

FRANCIS, Z.; MONTAROU, G.; INCERTI, S.; BERNAL, M.; ZEIN, S. A.. A simulation study of gold nanoparticles localisation effects on radiation enhancement at the mitochondrion scale. PHYSICA MEDICA-EUROPEAN JOURNAL OF MEDICAL PHYSICS, v. 67, p. 148-154, NOV 2019. (11/51594-2, 18/15316-7, 15/21873-8)

SAKATA, DOUSATSU; HIRAYAMA, RYOICHI; SHIN, WOOK-GEUN; BELLI, MAURO; TABOCCHINI, MARIA A.; STEWART, ROBERT D.; BELOV, OLEG; BERNAL, MARIO A.; BORDAGE, MARIE-CLAUDE; BROWN, JEREMY M. C.; et al. Prediction of DNA rejoining kinetics and cell survival after proton irradiation for V79 cells using Geant4-DNA. PHYSICA MEDICA-EUROPEAN JOURNAL OF MEDICAL PHYSICS, v. 105, p. 9-pg., 2022-12-20. (18/15316-7, 15/21873-8, 20/08647-7, 11/51594-2)

TANG, NICOLAS; BUENO, MARTA; MEYLAN, SYLVAIN; PERROT, YANN; TRAN, HOANG N.; FRENEAU, AMELIE; DOS SANTOS, MORGANE; VAURIJOUX, AURELIE; GRUEL, GAETAN; BERNAL, MARIO A.; et al. Assessment of Radio-Induced Damage in Endothelial Cells Irradiated with 40 kVp, 220 kVp, and 4 MV X-rays by Means of Micro and Nanodosimetric Calculations. INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES, v. 20, n. 24, DEC 2019. (11/51594-2, 18/15316-7, 15/21873-8)

SANTIAGO, JOAO; DE FARIA, JHAISON C.; SAN-MIGUEL, MIGUEL; BERNAL, MARIO A.. A TD-DFT-Based Study on the Attack of the OH center dot Radical on a Guanine Nucleotide. INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES, v. 23, n. 17, p. 9-pg., 2022-09-01. (20/02348-8, 18/15316-7, 15/21873-8, 20/08647-7, 11/51594-2)

SENIWAL, BALJEET; BERNAL, MARIO A.; FONSECA, TELMA C. F.. Microdosimetric calculations for radionuclides emitting beta and alpha particles and Auger electrons. Applied Radiation and Isotopes, v. 166, DEC 2020. (18/15316-7, 15/21873-8, 11/51594-2)

ZABIHI, AZAM; TELLO, JOHN; INCERTI, SEBASTIEN; FRANCIS, ZIAD; FOROZANI, GHASEM; SEMSARHA, FARID; MOSLEHI, AMIR; BERNAL, MARIO A.. Determination of fast neutron RBE using a fully mechanistic computational model. Applied Radiation and Isotopes, v. 156, FEB 2020. (11/51594-2, 18/15316-7, 15/21873-8)

DE FARIA, JHAISON C.; SANTIAGO, JOAO; FRANCIS, ZIAD; BERNAL, MARIO A.. Time-Dependent Density-Functional Theory for Determining the Electron-Capture Cross Section for Protons Impacting on Atoms and Molecules. Journal of Physical Chemistry A, v. 127, n. 11, p. 7-pg., 2023-03-14. (15/21873-8, 18/15316-7, 11/51594-2, 20/08647-7)