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
|
|