Nanoscale dose distribution in critical structures of x-ray irradiated cell with embedded gold nanoparticles : an analytical framework for the assessment of the cell survival

Abstract

La terapia asistida por nanopartículas se está considerando actualmente para una serie de enfoques terapéuticos en la medicina del cáncer, incluida la administración de fármacos dirigida, la terapia fotodinámica, la terapia hipertérmica y la radioterapia. Las nanopartículas de oro (GNP) son de particular interés en la radioterapia debido a su biocompatibilidad establecida y el alto borde K del oro (80,7keV) que puede conducir a la emisión de fotoelectrones de baja energía y electrones Auger tras la irradiación con fotones por debajo de 200 keV. Combinado también con la tendencia de los GNP, cuando se administran bajo formulaciones específicas, a concentrarse dentro de los tumores, estas propiedades hacen que los GNP sean un área de investigación atractiva para mejorar las relaciones terapéuticas en la radioterapia. Este trabajo tiene como objetivo deducir la expresión analítica para describir la deposición de dosis en una estructura crítica con nanopartículas de oro incrustadas y como aplicación de los resultados desarrollar un marco analítico para la evaluación de la supervivencia de cultivos celulares con GNPs incrustados como potenciadores de dosis. Los PNB podrían estudiarse y evaluarse en términos de aumento de la dosis, efectos biológicos y se debe justificar cómo los beneficios potenciales de su uso superan cualquier riesgo antes de que se consideren los PNB para ensayos clínicos. Esta tesis es precisamente una evaluación analítica de las aplicaciones de los PNB en el análisis de supervivencia celular. Además, esta tesis desarrolla un enfoque analítico para describir la deposición de dosis en una diana embebida con PNB, y como aplicación una forma de caracterizar la respuesta de cultivos celulares con PNB embebido después de la irradiación con rayos X, tomando como insumo los coeficientes de su respuesta a radiación de las células (sin GNP) expuestas a la misma irradiación de rayos X. Los estudios se realizan analíticamente y se evalúan mediante evaluación numérica para demostrar su precisión en la reproducción de modificaciones en los parámetros de supervivencia celular. Los objetivos específicos de esta tesis son los siguientes: Simplificar una expresión para la dosis depositada alrededor de un solo GNP suspendido en tejido similar al agua después de la radiación bajo ciertas condiciones y comparar la precisión de la expresión propuesta. Desarrollar una descripción analítica de la deposición de dosis dentro de una estructura crítica (celda) para ciertos casos de distribuciones de PNB (PNB único centrado en la celda, PNB fuera de la celda, PNB dentro de la celda). Comparar los cálculos de dosis depositada en una estructura celular desde dos perspectivas diferentes; el dominio r espacial y el dominio de dosis D destacando la potencialidad del análisis en cada dominio e identificando quien proporciona una aplicación más amplia a la hora de evaluar en escenarios reales. Proporcionar una descripción analítica de los efectos radiobiológicos de los PNB en las células utilizando como entrada la expresión analítica para la deposición de dosis propuesta. En este estudio, se utilizará el modelo radiológico LEM para predecir la respuesta de un cultivo celular después de la irradiación cuando tiene nanopartículas de oro incrustadas y se conoce la dosis local en cada punto de la estructura celular. Derivar las fórmulas para calcular los parámetros cuadráticos lineales (alfa y beta ) que reproducen la respuesta de la curva de supervivencia celular con PNB incrustados. Verificar la exactitud de los parámetros de LQ estimados analíticamente con los medidos experimentalmente in vitro. E identificar posibles modificaciones del modelo presentado para mejorar la veracidad de los valores estimados analíticamente.