WP1: Studio dei fenomeni alla base dell'effetto FLASH

WP1 Coordinatori

I coordinatori del WP1 sono: G. I. Forte ed E. Scifoni

WP1 Collaboratori

I collaboratori al WP1 sono elencati nella seguente tabella:

Obiettivi principali

L'attività del WP1 è dedicata allo studio dei fenomeni alla base del meccanismo dell'effetto FLASH, tutt'ora ancora elusivo. Per questo obiettivo, il WP1 si articola in 4 compiti principali:

Compito 1 -  Modellizzazione Biofisica

Diversi approcci saranno utilizzati per analizzare l'evoluzione del danno spaziotemporale ad alti ratei di dose e per ottenere il fattore di aumento di efficacia, dipendente da tutti i parametri rilevanti connessi all'effetto FLASH, per realizzare un TPS biologicamente guidato. La modellazione esplorerà:

i) lo stadio chimico eterogeneo, ampliando il codice Monte Carlo TRAX-CHEM per la struttura della traccia chimica;  

ii) lo stadio chimico omogeneo, aggiungendo un modello analitico della reazione di diffusione dell'O2 tissutale;

iii) La cinetica di riparazione del DNA in condizioni di irraggiamento Flash/Conv;

iv) modellazione avanzata della Normal Tissue Complication Probability (NTCP) in funzione della diversa irradiazione e condizione del target.

Compito 2 -Esperimenti in vitro

Gli esperimenti in vitro hanno lo scopo di evidenziare i processi biologici attivati dall'irradiazione in modalità flash, di eseguire una "calibrazione" dei parametri fisici di irradiazione (dose, rateo di dose, dose per impulso), selezionando quelle combinazioni che consentono di apprezzarne l'effetto a livello microscopico. Verranno utilizzate due linee cellulari mammarie, la non tumorigena MCF10A e la tumorigenica MDA-MB-231, e verranno eseguiti esperimenti variando dose, raeto di dose e concentrazione di ossigeno, per valutare i seguenti endpoint biologici: sopravvivenza e danno al DNA; morte cellulare (apoptosi/necrosi) e senescenza; stato redox delle cellule; profilazione di marcatori immunologici secreti; RNA-seq su cellule irradiate; Studi sull'integrità dei microtubuli e sulla modifica della struttura del collagene. La fattibilità dell'utilizzo della tecnologia organ-on-a-chip sarà studiata, per fornire approfondimenti sulle normali funzioni degli organi umani. Questa attività sarà svolta da CT (in natura) in collaborazione con l'Università del Surrey.

Compito 3 - Esperimenti ex vivo

Partendo da colture cellulari retiniche ARPE19 (un modello di epitelio retina-pigmento) verrà studiato l'effetto degli approcci Flash/conv che identificano dosi efficaci e dannose. Quindi, intere retine di topo saranno esposte all'irradiazione flash / conv. Gli endpoint valutati saranno: attivazione locale della microglia, apoptosi e stress ossidativo.

Compito 4 - Potenziamento del Linac UNITO e p-Lab TIFPA 

L'unità TO modificherà un ELEKTA LINAC clinico convenzionale (4-18 MeV) del Dipartimento di TO e Fisica (UNITO), interamente dedicato alla ricerca. La modifica consentirà di fornire fasci di elettroni raggiungendo ratei di dose FLASH, controllando gli impulsi elettronici, la stabilità dell'uscita del fascio, la costanza dell'impulso e la flatness del fascio. La calibrazione dosimetrica sarà eseguita in collaborazione con l'unità CT. Il LINAC aggiornato verrà utilizzato per testare i monitor/dosimetri del fascio. Il team TIFPA aggiornerà, in collaborazione con IBA, la struttura sperimentale del fascio di protoni per fornire ratei di dose ultra-elevate.

WP1 Conseguibili

I risultati conseguibili del WP1 sono riepilogati nella tabella seguente:

Materiali, documenti e link di interesse per le attività del WP1