تخمین ضریب کیفیت و تاثیر بیولوژیکی نسبی الکترون‌های گادولینیوم در نوترون درمانی با کمک دیدگاه میکرودوزیمتری

در این مطالعه تاثیر بیولوژیکی نسبی الکترون‌های اوژه و تبدیل داخلی ناشی از واکنش جذب نوترون حرارتی در گادولینیوم در نوترون درمانی با کمک توابع وزن دهی بیولوژیک با دیدگاه میکرودوزیمتری تخمین زده شده است. با تغییر موقعیت گادولینیوم نسبت به مولکول حاوی dna، پارامترهای میکرودوزیمتری و توابع احتمال مربوط به انرژی خطی الکترون‌های گادولینیوم در هدف، با کمک بسته dna ابزار geant4 و نرم‌افزار تحلیل نتایج root محاسبه شده است. نتایج نشان می‌دهد اگرچه تغییرات تاثیر بیولوژیکی نسبی الکترون‌های گادولینیوم به توزیع متفاوت گادولینیوم نسبت به مولکول حاوی dna کم است، اما دوز ذخیره‌شده الکترون‌های گادولینیوم شدیداً به توزیع گادولینیوم بستگی دارد. در موردی که گادولینیوم در مرکز مولکول حاوی dna توزیع شد، متوسط دوز ذخیره‌شده در مولکول حاوی dna برای یک واکنش جذب نوترون حرارتی در گادولینیوم، ضریب کیفیت تابش و ضریب تاثیر بیولوژیکی با کمک توابع وزن دهی بیولوژیک به ترتیب kgy 85، 10.52 و 2.68 محاسبه شد. مقدار محاسبه‌شده تاثیر بیولوژیکی نسبی الکترون‌های گادولینیوم در این مطالعه با استفاده از تابع وزن دهی بیولوژیک (2.68)، تقریباً معادل تاثیر بیولوژیکی نوترون‌های درمانی است که تحت شرایط مشخص برای تعیین تابع وزن دهی اندازه‌گیری شده بود. اگر اطلاعات دقیقی نسبت به توزیع مکانی گادولینیوم یا تابش کننده‌های الکترون اوژه در سلول داشته باشیم می‌توانیم تخمین بهتری برای تاثیر بیولوژیکی الکترون‌های گادولینیوم یا در حالت کلی الکترون‌های اوژه برسیم.

Evaluation of the relative biological effectiveness of the Auger electrons produced during gadolinium neutron capture therapy using microdosimetric approach

Determination of the relative biological effectiveness (RBE) of Auger electrons is a challenging task in radiobiology. In this study, we have estimated the RBE of internal conversion (IC) and Auger electrons released during Gadolinium neutron capture reaction (GNCR) by means of biological weighting functions (BWFs) with microdosimetric approach. Regarding the different distribution of Gadolinium (Gd) relative to the DNA as a target, the microdosimetric parameters of the Gd electrons were calculated using the Geant4 Monte Carlo toolkit and ROOT software. Assuming Gd infiltration into the cells and uniform distribution inside the Cell, the lineal energy distribution of Gd electrons in DNA was used instead of the lineal energy distribution of external radiations in the micrometerdiameter targets, which has been conventionally used in the mentioned methods.The results show that the calculated RBE values of Gd electrons using BWFs (2.68) for the case where Gd distributed at the center of the DNA are approximately equivalent to the RBE value of the therapeutic neutrons, which were measured in the literatures with the same biological conditions. According to the results, although the changes of the RBE of Gd electrons to the different distribution of Gd relative to the DNA are small, the amount of biological dose of the Gd electrons in the DNA is strongly dependent on the Gd distribution. In the case where Gd distributed at the center of DNA, the mean biological dose of Gd electrons in DNA during one GNCR (227.8 kGy.Eq) is large enough for occurring doublestrand breaks (DSB) of the DNA. If we have accurate information about the spatial distribution of Gd or Augerelectron emitters inside the cell, by comparing to the results obtained in this study, we can have a better estimation of the RBE of the Gd electrons or in general Auger electrons.