Desenvolvimento de um sistema computacional para a simulação da interação da radiação ionizante com o material genético humano

• Processo: 11/51594-2
• Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Apoio a Jovens Pesquisadores
• Vigência: 01 de março de 2012 - 29 de fevereiro de 2016
• 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
• Auxílios(s) vinculado(s): 18/15316-7 - Estudo da interação de partículas carregadas pesadas com o DNA usando métodos computacionais, AP.JP2
• Assunto(s): Radiobiologia DNA Radiação ionizante Dano ao DNA Método de Monte Carlo Dosimetria

Resumo

A interação das radiações ionizantes com os seres vivos produz dano no DNA. Este dano está relacionado com o surgimento do câncer, assim como com seu tratamento mediante a Radioterapia. O ramo da ciência que estuda os efeitos biológicos provocados pelas radiações ionizantes é chamado Radiobiologia. Há dois métodos principais usados nestes estudos, o experimental e o computacional. O primeiro destes está baseado em estudos in vitro com células expostas à radiação e o segundo, no desenvolvimento de modelos biofísicos em conjunto com códigos para simular o transporte de radiação pelo método Monte Carlo. O método experimental tem limitações para reproduzir variadas condições de irradiação, configurações do DNA, entre outros parâmetros. As simulações biofísicas permitem fazer estudos variando muitos parâmetros e discriminar por fatores que são praticamente impossíveis de discriminar em estudos in vitro. Ambos os métodos são complementares. O projeto europeu GEANT4-DNA está trabalhando no desenvolvimento de um pacote para simular o transporte de íons e elétrons até energias muito baixas (elétrons até 0.025 eV) para ser usado na área da Nanodosimetria em Radiobiologia. Nós estamos inseridos nesse projeto como colaboradores. O nosso papel é desenvolver modelos biofísicos para validar o sistema GEANT4-DNA.Temos como objetivo desenvolver um modelo geométrico o material genético humano, tendo em conta os seis níveis de organização deste e das três principais configurações do DNA (A, B e Z). Um modelo biofísico atualizado será criado para simular o processo da geração do dano no DNA depois do impacto de uma partícula ionizante (dano direto) o de uma espécie química produzida pela radiólise de água (dano indireto). Ao final, espera-se ter uma ferramenta computacional para predizer a efetividade biológica de feixes de fótons, elétrons e íons leves, usados na Radioterapia ou no Radiodiagnóstico. (AU)

Publicações científicas

(27)

(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)

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. Citações Web of Science: 1.

MAGALHAES, D. P.; TOMAL, A. Monte Carlo simulation of hybrid pixel detectors. Radiation Physics and Chemistry, v. 167, FEB 2020. Citações Web of Science: 0.

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. Citações Web of Science: 0.

TANG, NICOLAS; BUENO, MARTA; MEYLAN, SYLVAIN; PERROT, YANN; TRAN, HOANG N.; FRENEAU, AMELIE; DOS SANTOS, MORGANE; VAURIJOUX, AURELIE; GRUEL, GAETAN; BERNAL, MARIO A.; BORDAGE, MARIE-CLAUDE; EMFIETZOGLOU, DIMITRIS; FRANCIS, ZIAD; GUATELLI, SUSANNA; IVANCHENKO, VLADIMIR; KARAMITROS, MATHIEU; KYRIAKOU, IOANNA; SHIN, WOOK-GEUN; INCERTI, SEBASTIEN; VILLAGRASA, CARMEN. 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. Citações Web of Science: 0.

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. Citações Web of Science: 0.

MAGALHAES, D. P.; RINKEL, J.; TOMAL, A. Radiation damage impact on hybrid-pixel detectors data. Radiation Physics and Chemistry, v. 160, p. 63-67, JUL 2019. Citações Web of Science: 2.

SAKATA, DOUSATSU; LAMPE, NATHANAEL; KARAMITROS, MATHIEU; KYRIAKOU, IOANNA; BELOV, OLEG; BERNAL, MARIO A.; BOLST, DAVID; BORDAGE, MARIE-CLAUDE; BRETON, VINCENT; BROWN, JEREMY M. C.; FRANCIS, ZIAD; IVANCHENKO, VLADIMIR; MEYLAN, SYLVAIN; MURAKAMI, KOICHI; OKADA, SHOGO; PETROVIC, IVAN; RISTIC-FIRA, ALEKSANDRA; SANTIN, GIOVANNI; SARRAMIA, DAVID; SASAKI, TAKASHI; SHIN, WOOK-GEUN; TANG, NICOLAS; TRAN, HOANG N.; VILLAGRASA, CARMEN; EMFIETZOGLOU, DIMITRIS; NIEMINEN, PETTERI; GUATELLI, SUSANNA; INCERTI, SEBASTIEN. Evaluation of early radiation DNA damage in a fractal cell nucleus model using Geant4-DNA. PHYSICA MEDICA-EUROPEAN JOURNAL OF MEDICAL PHYSICS, v. 62, p. 152-157, JUN 2019. Citações Web of Science: 1.

ZABIHI, AZAM; INCERTI, SEBASTIEN; FRANCIS, ZIAD; FOROZANI, GHASEM; SEMSARHA, FARID; MOSLEHI, AMIR; REZAEIAN, PEIMAN; BERNAL, MARIO A. Computational approach to determine the relative biological effectiveness of fast neutrons using the Geant4-DNA toolkit and a DNA atomic model from the Protein Data Bank. Physical Review E, v. 99, n. 5 MAY 10 2019. Citações Web of Science: 1.

BALLARINI, F.; CARANTE, M. P.; CAJIAO, J. J. TELLO; BERNAL, M. A. Biophysical modelling of proximity effects in chromosome aberration production. NUOVO CIMENTO C-COLLOQUIA AND COMMUNICATIONS IN PHYSICS, v. 41, n. 6 NOV-DEC 2018. Citações Web of Science: 0.

INCERTI, S.; KYRIAKOU, I.; BERNAL, M. A.; BORDAGE, M. C.; FRANCIS, Z.; GUATELLI, S.; IVANCHENKO, V.; KARAMITROS, M.; LAMPE, N.; LEE, S. B.; MEYLAN, S.; MIN, C. H.; SHIN, W. G.; NIEMINEN, P.; SAKATA, D.; TANG, N.; VILLAGRASA, C.; TRAN, H. N.; BROWN, J. M. C. Geant4-DNA example applications for track structure simulations in liquid water: A report from the Geant4-DNA Project. Medical Physics, v. 45, n. 8, p. E722-E739, AUG 2018. Citações Web of Science: 40.

ROSALES, LISET DE LA FUENTE; INCERTI, SEBASTIEN; FRANCIS, ZIAD; BERNAL, MARIO A. Accounting for radiation-induced indirect damage on DNA with the Geant 4-DNA code. PHYSICA MEDICA-EUROPEAN JOURNAL OF MEDICAL PHYSICS, v. 51, p. 108-116, JUL 2018. Citações Web of Science: 6.

TELLO, JOHN J.; INCERTI, SEBASTIEN; FRANCIS, ZIAD; TRAN, HOANG; BERNAL, M. A. Numerical insight into the Dual Radiation Action Theory. PHYSICA MEDICA-EUROPEAN JOURNAL OF MEDICAL PHYSICS, v. 43, p. 120-126, NOV 2017. Citações Web of Science: 4.

AGUIRRE, E.; DAVID, M.; DEALMEIDA, C. E.; BERNAL, M. A. Impact of photon cross section uncertainties on Monte Carlo-determined depth-dose distributions. PHYSICA MEDICA-EUROPEAN JOURNAL OF MEDICAL PHYSICS, v. 32, n. 9, p. 1065-1071, SEP 2016. Citações Web of Science: 0.

TRAN, H. N.; KARAMITROS, M.; IVANCHENKO, V. N.; GUATELLI, S.; MCKINNON, S.; MURAKAMI, K.; SASAKI, T.; OKADA, S.; BORDAGE, M. C.; FRANCIS, Z.; EL BITAR, Z.; BERNAL, M. A.; SHIN, J. I.; LEE, S. B.; BARBERET, PH.; TRAN, T. T.; BROWN, J. M. C.; HAO, T. V. NHAN; INCERTI, S. Geant4 Monte Carlo simulation of absorbed dose and radiolysis yields enhancement from a gold nanoparticle under MeV proton irradiation. NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION B-BEAM INTERACTIO, v. 373, p. 126-139, APR 15 2016. Citações Web of Science: 26.

INCERTI, S.; SUERFU, B.; XU, J.; IVANTCHENKO, V.; MANTERO, A.; BROWN, J. M. C.; BERNAL, M. A.; FRANCIS, Z.; KARAMITROS, M.; TRAN, H. N. Simulation of Auger electron emission from nanometer-size gold targets using the Geant4 Monte Carlo simulation toolkit. NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION B-BEAM INTERACTIO, v. 372, p. 91-101, APR 1 2016. Citações Web of Science: 25.

BERNAL, M. A.; BORDAGE, M. C.; BROWN, J. M. C.; DAVIDKOVA, M.; DELAGE, E.; EL BITAR, Z.; ENGER, S. A.; FRANCIS, Z.; GUATELLI, S.; IVANCHENKO, V. N.; KARAMITROS, M.; KYRIAKOU, I.; MAIGNE, L.; MEYLAN, S.; MURAKAMI, K.; OKADA, S.; PAYNO, H.; PERROT, Y.; PETROVIC, I.; PHAM, Q. T.; RISTIC-FIRA, A.; SASAKI, T.; STEPAN, V.; TRAN, H. N.; VILLAGRASA, C.; INCERTI, S. Track structure modeling in liquid water: A review of the Geant4-DNA very low energy extension of the Geant4 Monte Carlo simulation toolkit. PHYSICA MEDICA-EUROPEAN JOURNAL OF MEDICAL PHYSICS, v. 31, n. 8, p. 861-874, DEC 2015. Citações Web of Science: 105.

INCERTI, S.; BARBERET, PH.; DEVES, G.; MICHELET, C.; FRANCIS, Z.; IVANTCHENKO, V.; MANTERO, A.; EL BITAR, Z.; BERNAL, M. A.; TRAN, H. N.; KARAMITROS, M.; SEZNEC, H. Comparison of experimental proton-induced fluorescence spectra for a selection of thin high-Z samples with Geant4 Monte Carlo simulations. NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION B-BEAM INTERACTIO, v. 358, p. 210-222, SEP 1 2015. Citações Web of Science: 10.

TRAN, H. N.; EL BITAR, Z.; CHAMPION, C.; KARAMITROS, M.; BERNAL, M. A.; FRANCIS, Z.; IVANTCHENKO, V.; LEE, S. B.; SHIN, J. I.; INCERTI, S.; COLLABORATION, GEANT4-DNA. Modeling proton and alpha elastic scattering in liquid water in Geant4-DNA. NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION B-BEAM INTERACTIO, v. 343, p. 132-137, JAN 15 2015. Citações Web of Science: 8.

BERNAL, M. A.; DEALMEIDA, C. E.; INCERTI, S.; CHAMPION, C.; IVANCHENKO, V.; FRANCIS, Z. The Influence of DNA Configuration on the Direct Strand Break Yield. COMPUTATIONAL AND MATHEMATICAL METHODS IN MEDICINE, 2015. Citações Web of Science: 8.

FRANCIS, Z.; SEIF, E.; INCERTI, S.; CHAMPION, C.; KARAMITROS, M.; BERNAL, M. A.; IVANCHENKO, V. N.; MANTERO, A.; TRAN, H. N.; EL BITAR, Z. Carbon ion fragmentation effects on the nanometric level behind the Bragg peak depth. Physics in Medicine and Biology, v. 59, n. 24, p. 7691-7702, DEC 21 2014. Citações Web of Science: 12.

PATER, PIOTR; SEUNTJENS, JAN; EL NAQA, ISSAM; BERNAL, MARIO A. On the consistency of Monte Carlo track structure DNA damage simulations. Medical Physics, v. 41, n. 12 DEC 2014. Citações Web of Science: 20.

KARAMITROS, M.; LUAN, S.; BERNAL, M. A.; ALLISON, J.; BALDACCHINO, G.; DAVIDKOVA, M.; FRANCIS, Z.; FRIEDLAND, W.; IVANTCHENKO, V.; IVANTCHENKO, A.; MANTERO, A.; NIEMINEM, P.; SANTIN, G.; TRAN, H. N.; STEPAN, V.; INCERTI, S. Diffusion-controlled reactions modeling in Geant4-DNA. Journal of Computational Physics, v. 274, p. 841-882, OCT 1 2014. Citações Web of Science: 52.

INCERTI, S.; PSALTAKI, M.; GILLET, P.; BARBERET, PH.; BARDIES, M.; BERNAL, M. A.; BORDAGE, M. -C.; BRETON, V.; DAVIDKOVA, M.; DELAGE, E.; EL BITAR, Z.; FRANCIS, Z.; GUATELLI, S.; IVANCHENKO, A.; IVANCHENKO, V.; KARAMITROS, M.; LEE, S. B.; MAIGNE, L.; MEYLAN, S.; MURAKAMI, K.; NIEMINEN, P.; PAYNO, H.; PERROT, Y.; PETROVIC, I.; PHAM, Q. T.; RISTIC-FIRA, A.; SANTIN, G.; SASAKI, T.; SEZNEC, H.; SHIN, J. I.; STEPAN, V.; TRAN, H. N.; VILLAGRASA, C.; COLLABORATION, GEANT4-DNA. Simulating radial dose of ion tracks in liquid water simulated with Geant4-DNA: A comparative study. NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION B-BEAM INTERACTIO, v. 333, p. 92-98, AUG 15 2014. Citações Web of Science: 18.

ANDRE, T.; MORINI, F.; KARAMITROS, M.; DELORME, R.; LE LOIREC, C.; CAMPOS, L.; CHAMPION, C.; GROETZ, J. -E.; FROMM, M.; BORDAGE, M. -C.; PERROT, Y.; BARBERET, PH; BERNAL, M. A.; BROWN, J. M. C.; DELEUZE, M. S.; FRANCIS, Z.; IVANCHENKO, V.; MASCIALINO, B.; ZACHARATOU, C.; BARDIES, M.; INCERTI, S. Comparison of Geant4-DNA simulation of S-values with other Monte Carlo codes. NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION B-BEAM INTERACTIO, v. 319, p. 87-94, JAN 15 2014. Citações Web of Science: 18.

FRANCIS, Z.; EL BAST, M.; EL HADDAD, R.; MANTERO, A.; INCERTI, S.; IVANCHENKO, V.; EL BITAR, Z.; CHAMPION, C.; BERNAL, M. A.; ROUMIE, M. A comparison between Geant4 PIXE simulations and experimental data for standard reference samples. NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION B-BEAM INTERACTIO, v. 316, p. 1-5, DEC 1 2013. Citações Web of Science: 7.

BERNAL, M. A.; SIKANSI, D.; CAVALCANTE, F.; INCERTI, S.; CHAMPION, C.; IVANCHENKO, V.; FRANCIS, Z. An atomistic geometrical model of the B-DNA configuration for DNA-radiation interaction simulations. COMPUTER PHYSICS COMMUNICATIONS, v. 184, n. 12, p. 2840-2847, DEC 2013. Citações Web of Science: 23.

INCERTI, S.; CHAMPION, C.; TRAN, H. N.; KARAMITROS, M.; BERNAL, M.; FRANCIS, Z.; IVANCHENKO, V.; MANTERO, A.; COLLABORATION, GEANT4-DNA. Energy deposition in small-scale targets of liquid water using the very low energy electromagnetic physics processes of the Geant4 toolkit. NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION B-BEAM INTERACTIO, v. 306, p. 158-164, JUL 1 2013. Citações Web of Science: 26.