Ionization clusters and biological effectiveness

Groupe de Physique des Solides, Universités Paris 7 et Paris 6, CNRS UMR 75-88, 2 place Jussieu, 75251 Paris cedex 05, France

Abstract

In order to understand the underlying mechanisms of heavy ion interactions with biological targets, we have developed a scoring program which enumerates the ionization clusters in nanometrical volumes such as nucleosomes. This cluster model was first suggested by Goodhead et al. to explain the important role of low energy electrons in the cellular inactivation. We have performed a Monte-Carlo simulation to test this model for a large variety of ions. For helium ions, the experimental number of lethal lesions vs LET are well reproduced when energy deposits  eV in volumes corresponding to nucleosomes are considered. This is not the case for heavy ions such as uranium ions.

Résumé

Afin de comprendre les mécanismes physiques impliqués dans les interactions ions lourds-matière biologique nous avons développé un programme de recensement de grappes d'ionisations dans des volumes de dimensions nanométriques tels que les nucléosomes. Ce modèle de grappes d'ionisations a initialement été proposé par Goodhead et al., pour expliquer le rôle majeur des électrons de basse énergie dans le processus d'inactivation cellulaire. Nous avons développé un code Monte-Carlo pour tester les prédictions de ce modèle pour une large gamme d'ions incidents : les résultats montrent que les dépôts d'énergie  eV dans des nucléosomes sont corrélés aux probabilités de mort cellulaire dans le cas des ions hélium mais pas dans le cas des ions lourds tels les ions uranium.