Strona główna

Pracownicy

Badania

Publikacje

Współpraca naukowa

Konferencje

English version

English version

 

 

 

 

Obecnie prowadzone badania naukowe obejmują:

1. Koncentracja pierwiastków śladowych a stopień degeneracji komórek jelita człowieka

2. Koncentracja pierwiastków śladowych w zębach próchniczych człowieka

3. Metody rekonstrukcji obrazu w tomografii SPECT

4. Stany pocisków siarki w tarczach węglowych

5. Biologiczne oddziaływanie promieniowania o wysokim LET



 

 

Bliższe informacje


1. Koncentracja pierwiastków śladowych a stopień degeneracji komórek jelita człowieka

Założenia naukowe                                                                                 powrót

        Niektóre pierwiastki w organizmie człowieka odgrywają istotną rolę w procesach kancerogennych, chroniąc go przed rakowaceniem lub przeciwnie, przyspieszają te procesy. Rak jelita jest czwartym, najczęściej występującym rakiem u człowieka (po raku piersi, płuc i prostaty) i stanowi drugą najczęstszą przyczynę zgonów po raku płuc. Celem prowadzonych badań jest poszukiwanie korelacji pomiędzy zawartością pierwiastków w tkankach jelita i płynach ustrojowych człowieka a stopniem zdegenerowania komórek rakowych u chorego pacjenta.
        Przeprowadzone badania miały na celu określenie możliwych różnic pomiędzy koncentracjami żelaza, ferrytyn, albumin i hemoglobiny w surowicy pacjentów z rakiem jelita i polipem jelita. W trakcie badań określano koncentrację Fe, Se, Cu i Zn w tkance rakowej i polipa jelita oraz w surowicy pacjentów u których stwierdzono histopatologicznie wymienione choroby jelita. Pomiary koncentracji pierwiastków w badanych próbkach wykonano metodą rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej z całkowitym odbiciem wiązki padającej. Wybrane do monitorowania pierwiastki pełnią istotną rolę zarówno w procesach metabolicznych jak i procesach karcynogenezy u człowieka. Cynk uczestniczy w metabolizmie węglowodanów, tłuszczy, białek oraz syntezie i degradacji kwasów nukleinowych. Jest też kofaktorem enzymu dysmutazy nadtlenkowej, która zapobiega zapoczątkowaniu i progresji nowotworów poprzez ochronę komórek przed substancjami, które powodują tworzenie wolnych rodników. Selen jest integralną częścią enzymu peroksydazy glutationowej, która odgrywa ważną rolę w ochronie tkanki przed oksydacyjnym utlenianiem. Żelazo bierze udział w kancerogennych procesach i przyspiesza wzrost zmutowanych komórek.
        Badania zostały przeprowadzone na 67 osobowej grupie ludzi składającej się z 37 mężczyzn w wieku 48-67 lat i 30 kobiet w wieku 52-72 , których operowano z powodu raka jelita oraz na grupie 42 pacjentów (22 mężczyzn w wieku 46-65 lat i 20 kobiet w wieku 50-60 lat) ze stwierdzonym polipem jelita. Otrzymane wyniki koncentracji poszczególnych pierwiastków w badanych grupach pacjentów poddano analizie statystycznej. Równocześnie wyniki koncentracji pierwiastków śladowych w surowicy pacjentów porównano z wartościami uzyskanymi na podstawie badań grupy kontrolnej składającej się z osób, u których nie stwierdzono chorób jelit.
        Stwierdzono statystycznie istotne różnice w koncentracji Fe w surowicy u pacjentów z rakiem jelita a polipem jelita i grupą kontrolną (odpowiednio 54.5 µg/g, 91.3 µg/g i 108 µg/g). Nie stwierdzono natomiast różnicy pomiędzy zawartością Fe w tkankach rakowych i polipowych (46.1 µg/g i 43.2 µg/g) [M. Kucharzewski Biol. Trace El. Research 95 (2003) 19-28]. Jednocześnie otrzymano, że średnia zawartość ferrytyn w surowicy pacjentów z rakiem jelita była statystycznie niższa (60.4 µg/g) niż w surowicy osób z polipem jelita (85.2 µg/g) i w surowicy z grupy kontrolnej (102 µg/g). Nie stwierdzono różnic w zawartości albumin i hemoglobiny w badanych próbkach surowicy.
        Koncentracje Se i Zn były wyższe w tkance rakowej (0.86 µg/g i 14.8 µg/g) niż w polipie jelita (0.57 µg/g i 9.84 µg/g). Koncentracja Cu nie różni się w badanych tkankach (odpowiednio 3.87 µg/g i 3.94 µg/g) [M. Kucharzewski i in. Biol. Trace El. Res. 92 (2003) 1-10].

2. Koncentracja pierwiastków śladowych w zębach próchniczych człowieka

                                                                                                          powrót

        Badania koncentracji pierwiastków śladowych w zębach ludzkich i ich zależności od wieku, miejsca zamieszkania i warunków pracy prowadzone są od kilku lat. Próchnica zębów jest procesem patologicznym powodowanym przez zewnętrzne czynniki somatyczne. Jednym z nich jest zaburzenie składu chemicznego zęba, które może prowadzić do odwapnienia twardych tkanek zęba. Jednym z najczęściej określanych w zębach pierwiastków jest ołów, którego obecność przyspiesza proces próchnicy. Przypuszcza się, że brak cynku w zębach również przyspiesza wystąpienie próchnicy. Zbyt duża zawartość miedzi i żelaza prawdopodobnie również przyczynia się do rozwoju tej choroby.
         Koncentracja wapnia, chromu, manganu, żelaza, niklu, cynku, strontu, ołowiu i miedzi określona została w zębach mlecznych (27 dzieci w wieku 4-11 lat) i w zębach stałych (36 osób dorosłych w wieku 36-71 lat). Wszystkie te osoby urodziły i mieszkały w Świętochlowicach (woj. Śląskie). Zęby zostały usunięte ze względu na fakt mocno rozwiniętego procesu próchnicy. Uzyskane wyniki przedstawia tabela.

        Statystycznie istotna różnica: a p<0.005 w porównaniu do koron zębów mlecznych,
b p<0.005 w porównaniu do korzeni zębów stałych, c p<0.005 w porównaniu do koron zębów stałych.

3. Metody rekonstrukcji obrazu w tomografii SPECT

                                                                                                          powrót

        Zasada działania komputerowej tomografii emisyjnej pojedynczego fotonu (SPECT, ang. Single Photon Emission Computed Tomography) polega na odtworzeniu trójwymiarowego rozmieszczenia radioaktywnego znacznika w badanym obiekcie w oparciu o serię kilkudziesięciu dwuwymiarowych projekcji rejestrowanych przez detektor obracający się wokół badanego obiektu, emitującego promieniowanie gamma. Proces rekonstrukcji może być realizowany metodami analitycznymi bądź algebraicznymi.
        Celem przeprowadzonych badań było porównanie i optymalizacja parametrów stosowanych metod rekonstrukcji. Badania przeprowadzono zarówno w cyklu klinicznym dla wyselekcjonowanych grup pacjentów jak i z wykorzystaniem fantomów stosowanych w tomografii SPECT. Zastosowanym kryterium oceny metod rekonstrukcji był kontrast tomograficzny.
        Metody rekonstrukcji testowano wykorzystując fantomy Jaszczaka, wątroby i tarczycy wypełniane wodą z rozprowadzonym izotopem 99mTc o aktywności ~40mCi z umieszczonymi wewnątrz 'ogniskami zimnymi'. Rysunek 1 Przedstawia wynik rekonstrukcji metodą IPC fantomu Jaszczaka. W oparciu o podobne wyniki otrzymano optymalne parametry dla stosowanych analitycznych (wybór optymalnego filtru rekonstrukcji) i algebraicznych (wybór optymalnego algorytmu) metod rekonstrukcji.

Rys.1. Obrazu fantomu Jaszczaka z sześcioma   Rys.2. Obraz SPECT nerek człowieka z ogniskami zimnymi metodą IPC wraz z
tabelą pomiarową.                                                    zaznaczonymi ogniskami.

4. Stany pocisków siarki w tarczach węglowych

                                                                                                          powrót

        Szybko poruszający się jon w tarczy ciała stałego podlega wielu procesom oddziaływania z atomami tarczy, tj. jonizacja zewnętrznych i wewnętrznych powłok atomowych, wzbudzeniu elektronów na wyższe poziomy energetyczne, wychwytowi elektronów z atomów ośrodka, bezpromienistym i promienistym procesom deekscytacji. Charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie, emitowane przez taki jon, niesie informację o tych procesach i o stopniu jonizacji jego powłok atomowych.
        Do badania procesów oddziaływania jon-atom przeprowadzono serie eksperymentów w Instytucie Fizyki Uniwersytetu Erlangen-Nürnberg w Niemczech i Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów w Warszawie, w których bombardowano tarcze węglowe o grubości 15-210 µg/cm2 jonami siarki Sq+ (q+= 4+, 6+, 7+, 13+ i 14+) o energiach 9.6, 16, 22.4, 32, 65, 79, 99 i 122 MeV. Za pomocą detektora półprzewodnikowego Si(Li) rejestrowano widma charakterystycznego promieniowania X serii K siarki, w których analizowano linie satelitarne KaS1,2 i KbS1,3 oraz linie hipersatelitarne Kah1,2 i Kbh1,3 (dla energii jonów siarki od 32MeV), będące wynikiem nałożenia przejść elektronowych typu
1s-1 2p-1 i 1s-1 3p-1 oraz 1s-2 1s-12p-1 i 1s-2 1s-12p-1. Dla energii pocisków 79, 99 i 122 MeV zaobserwowano linię Kyh, odpowiadającą przejściu typu 1s-2 1s-14p-1
i 1s-2 1s-15p-1. Na podstawie przesunięć energetycznych zmierzonych linii (w stosunku do energii linii diagramowych) określono średnie populacje elektronowe powłok L i M (dla energii pocisków 9.6-32.0 MeV) i średnią liczbę elektronów na powłoce L (rys. 1b) oraz na podpowłokach 3p i 4p dla energii siarki 65-122 MeV (rys.1 c i d). Dla wysokich energii jonów siarki możliwe było również określenie prawdopodobieństwa wytworzenia dziury w powłoce K pocisku (rys.1 a) oraz prawdopodobieństwa wystąpienia najbardziej prawdopodobnych konfiguracji elektronowych w badanych jonach. [U. Majewska i in., NIM B205 (2003) 799-807]. Stwierdzono, że równowagowe populacje elektronowe na powłokach L i M są osiągane we wszystkich badanych tarczach, oraz że liczba elektronów na podpowłoce 3p słabo zależy od grubości tarczy, a populacja elektronów na podpowłoce 4p ustala się dla tarcz grubszych niż 30 µg/cm2. Określono również, że pK rośnie ze wzrostem grubości tarczy i ustala się dla charakterystycznej dla danej energii jonu grubości tarczy.

Rys.1. Prawdopodobieństwo wytworzenia dziury w powłoce K jonu S (a), średnie populacje elektronowe powłoki L (b), podpowłok 3p (c) i 4p (d).

5. Biologiczne oddziaływanie promieniowania o wysokim LET

                                                                                                          powrót

         Poznanie mechanizmów zmian genetycznych wywołanych przejściem ciężkich jonów ma podstawowe znaczenie zarówno w ochronie radiologicznej jak i radioterapii. W tym celu badając oddziaływanie gęsto jonizujących cząstek z DNA jądra komórkowego otrzymuje się informacje do modeli opisujących strukturę śladu cząstek jak również informację o efekcie napromienienia komórek. Wiedza o indukowanych promieniowaniem zniszczeniach DNA pozwala oszacować "ryzyko" długich lotów kosmicznych jak i niszczyć struktury nowotworowe uwzględniając osobniczą promieniowrażliwość komórek organizmu. W celu rozpoczęcia badania oddziaływania promieniowania o wysokim LET z materiałem biologicznym zaprojektowano i wykonano nowy układ pomiarowy, którego główne elementy zaznaczono schematycznie na rysunku 1.

Rys.1 Schemat układu pomiarowego do badań radiobiologicznych na wiązce cyklotronu U200P w Warszawie.

        Zaprojektowany układ pomiarowy zapewnia otrzymanie, w wyniku wielokrotnych rozproszeń w tarczy rozpraszającej, jednorodnego rozkładu natężenia wiązki jonów w oknie wyjściowym komory służącej do naświetlania materiału biologicznego. W badaniach kalibracyjnych układu przeprowadzonych w Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów w Warszawie zmierzono jednorodność rozkładu jonów węgla 12C o energii 100 - 10 MeV rozpraszanych w tarczy złotej o grubości 50 mg/cm2. Warunki eksperymentalne pozwalają otrzymać jednorodną wiązkę na powierzchni 13*13 mm w zakresie natężeń pozwalających napromieniać materiał biologiczny dawkami do 10 Gy w czasie nie zagrażającym życiu komórek poza inkubatorem z powodu innego niż promieniowanie jonizujące.
        Przeprowadzone pomiary rozkładu jednorodności wiązki potwierdziły teoretyczne oszacowania wykonane metodą Monte Carlo dla zaprojektowanego układu eksperymentalnego Zbudowany i przetestowany układ pomiarowy umożliwia badanie oddziaływania jonów węgla o energiach z obszaru piku Bragga z materiałem biologicznym, gdzie liniowy transfer energii ma wartości ~1MeV/µm.
        W oparciu o eksperymentalne wyniki kalibracyjne oraz o rezultaty wyliczeń Monte Carlo wyznaczono dawkę pochłoniętą przez naświetlany materiał biologiczny. Wyniki te pozwoliły ustalić sposób skanowania naświetlanej tarczy o średnicy ~6 cm wiązką jonów o wymiarach 13*13 mm aby uzyskać wymagany jednorodny powierzchniowo rozkład dawki z dokładnością ~3%. Wstępne pomiary krzywej przeżywalności oraz badanie zmian chromosomowych w wyniku działania promieniowania jonizującego przeprowadzono na komórkach V79 chomika chińskiego.

       Ostatnie zmiany:
2018-06-12
Adres kontaktowy:   prof. dr hab.   Janusz Braziewicz