Evaluation of the radioprotective ability of cystamine as a function of radiation quality using Monte Carlo simulations of the radiolysis of the Fricke dosimeter
Other titre : Évaluation de la capacité radioprotectrice de la cystamine en fonction de la qualité du rayonnement à l’aide de simulations Monte Carlo de la radiolyse du dosimètre au sulfate ferreux de Fricke
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Publication date
2018Author(s)
Sepulveda, Esteban
Subject
Radiolyse de l'eauAbstract
La protection radiologique joue, aujourd’hui, un rôle clé dans de nombreuses applications, y-compris l'ingénierie aérospatiale, les accidents nucléaires, le terrorisme nucléaire/radiologique, la radiobiologie militaire et la radio-oncologie clinique. La cystamine, forme disulfure de la cystéamine – un aminothiol de la même famille, est un composé connu pour son potentiel radioprotecteur en clinique pendant des procédures de radiothérapie. Une manière pratique pour évaluer son efficacité radioprotectrice est basée sur l'utilisation du dosimètre au sulfate ferreux de Fricke en combinaison avec des simulations Monte Carlo. La radiolyse du dosimètre de Fricke, basée sur l'oxydation des ions ferreux en ions ferriques par les espèces oxydantes •OH, HO2• et H2O2 produit par la décomposition radiolytique de l'eau en solution acide aérée, forme la base de notre étude. La présence de cystamine dans les solutions pendant l'irradiation empêche la radio-oxydation du Fe2+ et entraîne une diminution des rendements (ou valeurs G) en Fe3+. Les résultats indiquent clairement que l'effet protecteur de la cystamine provient de sa capacité à capturer les radicaux libres, ce qui permet à ce composé d'agir en compétition avec les ions Fe2+ pour les divers radicaux formés lors de l'irradiation de l'eau environnante. Nos simulations Monte Carlo ont permis de réaliser l'évaluation de l'efficacité protectrice de la cystamine pour diverses qualités de rayonnement, en utilisant des protons, des ions He2+ et C6+ de différentes énergies allant de 500 MeV à 150 keV par nucléon. La diminution de l’énergie incidente des particules ou, de manière équivalente, l’augmentation du transfert d’énergie linéaire (TEL) du rayonnement produit une diminution notable de G(Fe3+), comme prévu par la théorie des structures de trajectoires. Cependant, lorsque la cystamine en concentration 1 M est ajoutée aux solutions, on observe une diminution spectaculaire de G(Fe3+), ce qui reflète clairement l’efficacité radioprotectrice de ce composé. Cette diminution dépend cependant beaucoup de l'énergie des ions incidents : plus le TEL du rayonnement est élevé, plus l'efficacité radioprotectrice de la cystamine est faible. Abstract: Currently, radiation protection plays a fundamental role in many applications, including aerospace engineering, nuclear accidents or possible nuclear/radiological terrorism, military radiobiology, and clinical radiation oncology. Cystamine, the disulfide form of cysteamine — an aminothiol of the same family, is a compound most known for its radioprotective potential in the clinic during procedures of radiotherapy or in case of risk o f overexposure in patients. A convenient manner to evaluate its radioprotective efficiency consists in using the ferrous sulfate (Fricke) dosimeter in combination with Monte Carlo simulations. The well-known radiolysis of the Fricke dosimeter, based on the oxidation of ferrous ions to ferric ions by the oxidizing species *OH, H02., and H202 produced by the radiolytic decomposition of acid water in aerated solutions, forms the basis of our method. The presence of cystamine in Fricke dosimeter solutions during irradiation prevents the radiolytic oxidation of Fe2+ and leads to decreased ferric ion yields (or G-values). Results clearly indicate that the protective effect of cystamine originates from its radical-capturing ability, which allows this compound to act by competing with the Fe2+ ions for the various free radicals formed during irradiation of the surrounding water. An impressive agreement is found between calculated G(Fe34) values and experiment. Using our simulation modeling, the evaluation of the radioprotective efficiency of cystamine has been performed for various radiation qualities, using irradiating protons, helium and carbon ions of different energies ranging from 500 MeV to 150 keV per nucleon. Decreasing the incident energy of the ion or equivalently, increasing the linear energy transfer (LET) of the radiation, produces a noticeable decrease in G(Fe3+), as expected from the track structure theory. However, when 1 M cystamine is added to the solutions, we observe a dramatic decrease in G(Fe3+), which clearly reflects the radioprotective efficiency of this compound. This decrease very much depends upon the energy of the ion used; the higher the LET of the radiation, the lower the radioprotective efficiency of cystamine.
Collection
- Moissonnage BAC [4698]
- Médecine et sciences de la santé – Mémoires [1813]