Modélisation de l'évolution des dommages précoces radio-induits au sein d'une population cellulaire

Modeling the evolution of early radiation-induced damage in a cell population.

• Auteur / Autrice : Yann Thibaut
• Direction : Sébastien Incerti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, Plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance le 07/09/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des Deux Infinis (Bordeaux ; 2022-....)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Breton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Gressier, Marie Davídková
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lydia Maigne, Claire Rodriguez-Lafrasse
• DOI : 10.70675/4c1f19e3z32a7z461aza0e6zeb1be64c6aa5

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microdosimétrie

Radiobiologie

Méthodes de simulation

ADN

Mots clés libres

Geant4-DNA

Dommage à l’ADN

Microdosimétrie

Population cellulaire

Modèles de devenir cellualire

Geant4-DNA

DNA damage

Microdosimetry

Cell population

Cell fate models

Résumé

A travers le programme de recherche ROSIRIS, l’IRSN souhaite proposer des outils pour améliorerla prédiction du risque associé à l’exposition des tissus sains dans les traitements de radiothérapie. Aucours de ce projet, il est recherché la mise en corrélation des caractéristiques physiques desrayonnements ionisants à l’échelle moléculaire aux effets biologiques mis en valeur par l’acquisitionde données fondamentales qui ne sont actuellement pas considérés dans les modèles de risquecliniques. Dans le même temps, une chaine de simulation du dommage radio-induit à l’ADN basée surle code Monte Carlo de structure de trace Geant4-DNA a été développée. Les résultats produits parcette chaine pourraient servir de données d’entrée pour développer des modèles de risques plusperformants. Néanmoins, ces résultats demeurent à l’échelle de la cellule unique à cause des tempsde calculs prohibitifs, ce qui induit également des biais dans la validation expérimentale des codes.Dans ce travail un nouvel outil de simulation (MINAS TIRITH) a été développé et validé pour permettrele calcul de la distribution des dommages à l’ADN à l’échelle d’une population cellulaire. Cette nouvelleméthode de calcul a permis d’adapter un modèle de réparation pour prédire de la fraction de survieclonogénique d’une population à partir des chances de survie individuelles de chaque cellule qui lacompose. Également, une nouvelle géométrie nucléaire pour le calcul du dommage à l’ADN a étéproposée afin d’identifier quels dommages ont lieu dans les parties les plus codantes du génome. Cettenouvelle géométrie a permis de mettre en évidence des corrélations entre le dommage précoce radioinduitcalculé avec MINAS TIRITH et des données expérimentales de viabilité cellulaire et desénescence produites dans le cadre du programme ROSIRIS pour des rayons X sur une gamme de doseabsorbée comprise entre 2 Gy et 20 Gy.

Through the ROSIRIS research program, IRSN aims to provide tools to improve prediction of the riskassociated with exposure of healthy tissues in radiotherapy treatments. The aim of the project is tocorrelate the physical characteristics of ionizing radiation at the molecular level with the biologicaleffects highlighted by the acquisition of fundamental data not currently considered in clinical riskmodels. At the same time, a simulation chain for radiation-induced DNA damage based on the Geant4-DNA track structure Monte Carlo code has been developed. The results produced by this chain couldbe used as input data for the development of more effective risk models. Nevertheless, these resultsremain at the single-cell scale due to prohibitive computation times, which also induce biases in theexperimental validation of the codes. In this work, a new simulation tool (MINAS TIRITH) wasdeveloped and validated to enable calculation of DNA damage distribution on a cell population scale.This new calculation method has made it possible to adapt a repair model to predict the clonogenicsurvival fraction of a population based on the individual survival chances of each cell in it. A newnuclear geometry for calculating DNA damage has also been proposed, to identify which damageoccurs in the most coding parts of the genome. This new geometry has enabled correlations to bedemonstrated between the early radiation-induced damage calculated with MINAS TIRITH andexperimental data on cell viability and senescence produced as part of the ROSIRIS program for X-raysover an absorbed dose range of 2 Gy to 20 Gy.