The NASA Space Radiation Laboratory at Brookhaven National Laboratory: Preparation and delivery of ion beams for space radiation research

Brown, K.; Ahrens, L.; Chiang, I-Hung; Gardner, C.; Gassner, D.; Hammons, L.; Harvey, M.; Kling, Nicholas; Morris, John; Pile, P.; Rusek, A.; Sivertz, M.; Steski, D.; Tsoupas, N.; Zeno, K.

doi:10.1016/j.nima.2010.02.276

Cited by 10 publications

(2 citation statements)

References 15 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…Before one can begin to relate the dose to toxicity, it is essential to fully understand the dose distribution within the experimental animals at the time of exposure. Previous dosimetry experiments primarily consisted of point dose measurements using calibrated spherical, thimble, or parallel plate type ionization chambers, such as the system employed at the NASA Space Radiation Laboratory [ 9 ]. However, extrapolating these point dose measurements to a full-body dose for SPE-like proton or electron radiation is made difficult through the inhomogeneous dose distributions.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Monte Carlo modeling in CT-based geometries: dosimetry for biological modeling experiments with particle beam radiation

Diffenderfer

Dolney

Schaettler

et al. 2013

Journal of Radiation Research

View full text Add to dashboard Cite

The space radiation environment imposes increased dangers of exposure to ionizing radiation, particularly during a solar particle event (SPE). These events consist primarily of low energy protons that produce a highly inhomogeneous dose distribution. Due to this inherent dose heterogeneity, experiments designed to investigate the radiobiological effects of SPE radiation present difficulties in evaluating and interpreting dose to sensitive organs. To address this challenge, we used the Geant4 Monte Carlo simulation framework to develop dosimetry software that uses computed tomography (CT) images and provides radiation transport simulations incorporating all relevant physical interaction processes. We found that this simulation accurately predicts measured data in phantoms and can be applied to model dose in radiobiological experiments with animal models exposed to charged particle (electron and proton) beams. This study clearly demonstrates the value of Monte Carlo radiation transport methods for two critically interrelated uses: (i) determining the overall dose distribution and dose levels to specific organ systems for animal experiments with SPE-like radiation, and (ii) interpreting the effect of random and systematic variations in experimental variables (e.g. animal movement during long exposures) on the dose distributions and consequent biological effects from SPE-like radiation exposure. The software developed and validated in this study represents a critically important new tool that allows integration of computational and biological modeling for evaluating the biological outcomes of exposures to inhomogeneous SPE-like radiation dose distributions, and has potential applications for other environmental and therapeutic exposure simulations.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Monte Carlo modeling in CT-based geometries: dosimetry for biological modeling experiments with particle beam radiation

Diffenderfer

Dolney

Schaettler

et al. 2013

Journal of Radiation Research

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Dosimetry was carried out by the Physics Dosimetry Group of the NSRL. Details on the facility, beam delivery and dosimetry can be found in [178,179]. The main characteristics of the beams used for this study are summarized in Table 3.1, the last column of which includes some notes about the irradiation of the cell slides, provided by Dr. Hada.…”

Section: Irradiationmentioning

confidence: 99%

Biological consequences of complex DNA damage induced by high-LET ionizing radiations

Μαυραγάνη¹

View full text Add to dashboard Cite

Η αλληλεπίδραση της ιοντίζουσας ακτινοβολίας (ΙΑ) με τη βιολογική ύλη είναι ένα φαινόμενο που η πλήρης αποσαφήνισή του βοηθά τόσο στην κατανόηση της πρόκλησης νεοπλασίας όσο και στην αποτελεσματικότερη αντιμετώπιση της νόσου. Αυτό συμβαίνει διότι η ΙΑ αφενός αποτελεί γενεσιουργό αιτία του καρκίνου καθώς προκαλεί μεταλλάξεις και αφετέρου είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο μέσο στην καταπολέμησή του, μέσω της ακτινοθεραπείας. Η έκθεση σε ΙΑ επάγει βλάβες στο κυτταρικό DNA, οι οποίες παρουσιάζουν ποικιλία και αρκετές φορές αυξημένη πολυπλοκότητα. Οι ομαδοποιημένες (σύνθετες) βλάβες του DNA και κυρίως οι δίκλωνες θραύσεις, θεωρούνται ως οι περισσότερο επιβλαβείς, καθώς αν δεν επιδιορθωθούν μπορεί να οδηγήσουν σε κρίσιμες συνέπειες για την κυτταρική επιβίωση και αυξημένο κίνδυνο μεταλλάξεων και καρκινογένεσης. Αποτελούν δε και τον κύριο παράγοντα πίσω από τις βιολογικές επιδράσεις αυξανομένης της γραμμικής μεταφοράς ενέργειας (LET) της ακτινοβολίας, μιας φυσικής ποσότητας που περιγράφει τη μέση ενέργεια που εναποτίθεται ανά μονάδα μήκους της τροχιάς των σωματιδίων στην ύλη και καθορίζει σε σημαντικό βαθμό τις συνέπειες που θα υποστεί το βιολογικό υλικό. Αντικείμενο της εν λόγω διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη των ομαδοποιημένων βλαβών που προκαλούνται στο DNA των κυττάρων λόγω της δράσης της ΙΑ. Μελετήθηκαν η επαγωγή και η επιδιόρθωση των σύνθετων βλαβών DNA σε διάφορες κυτταρικές σειρές, μετά την έκθεση σε ακτινοβολίες διαφορετικής ποιότητας. Πραγματοποιήθηκαν επαναλαμβανόμενα πειράματα in situ έμμεσου ανοσοφθορισμού, για την προτυποποίηση και καθιέρωση του πρωτοκόλλου ανίχνευσης ομαδοποιημένων βλαβών DNA. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται εκτενώς για την ανίχνευση των βλαβών DNA, μιας και τα εκατοντάδες/χιλιάδες μόρια της επιδιορθωτικής πρωτεΐνης που εμπλέκονται καθιστούν δυνατή την οπτικοποίηση των αντίστοιχων εστιών (foci) με τη βοήθεια ενός μικροσκοπίου φθορισμού. Η έρευνα επικεντρώνεται στις σύνθετες βλάβες που περιέχουν τουλάχιστον μία δίκλωνη θραύση DNA και ορισμένες οξειδωτικές βλάβες βάσεων. Για τις δίκλωνες θραύσεις επιλέχθηκε ως δείκτης η ιστόνη Η2ΑΧ στη φωσφορυλιωμένη της μορφή (γ-Η2ΑΧ) και για τις οξειδωτικές βλάβες η πρωτεΐνη OGG1. Αρχικά, έγινε η σύγκριση της επαγωγής και της επιδιόρθωσης των σύνθετων βλαβών DNA που προκλήθηκαν μετά από έκθεση σε πρωτόνια χαμηλής- και υψηλής- L.E.T. που χρησιμοποιούνται στην ακτινοθεραπεία, ενώ στη συνέχεια μελετήθηκε η επαγωγή των σύνθετων βλαβών DNA μετά από έκθεση σε διάφορους βαρείς πυρήνες υψηλής-LET, που συναντώνται στην κοσμική ακτινοβολία. Επιπροσθέτως, προκειμένου να μελετηθούν οι βιολογικές επιπτώσεις του σχηματισμού δίκλωνων θραύσεων χρησιμοποιήθηκαν κλώνοι μιας κυτταρικής σειράς με πολλαπλές ενσωματώσεις της ειδικής ενδονουκλεάσης I-SceI στο γονιδίωμά τους. Μέσω αυτής της γονιδιωματικής τεχνολογίας μπορεί να πραγματοποιηθεί η ελεγχόμενη δημιουργία δίκλωνων θραύσεων από το περιοριστικό ένζυμο I-SceI σε συγκεκριμένα σημεία, επιτρέποντας έτσι τη μελέτη των βιολογικών επιπτώσεων του σχηματισμού απλών και ομαδοποιημένων δίκλωνων θραύσεων DNA. Η κυτταρική επιβίωση των κυττάρων εκτιμήθηκε με τη μέθοδο της κλωνογενετικής επιβίωσης, ενώ παράλληλα μελετήθηκε και ο σχηματισμός χρωμοσωμικών αλλοιώσεων μέσω κλασικής κυτταρογενετικής ανάλυσης. Συνολικά, τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται εδώ υπογραμμίζουν τη βιολογική σημαντικότητα των σύνθετων βλαβών DNA, παρέχοντας σαφείς ενδείξεις του σχηματισμού τους ύστερα από έκθεση σε ΙΑ υψηλής-LET και των επιβλαβών βιολογικών επιπτώσεών τους.

show abstract

Approaches to Understanding Radiobiologic Consequences of Space Travel: Shuttle Missions, International Space Station, and NASA Approach to Research TRISH Programs

Greenberger

2024

Radiation Oncology and Radiation Biology

View full text Add to dashboard Cite

The NASA Space Radiation Laboratory at Brookhaven National Laboratory: Preparation and delivery of ion beams for space radiation research

Cited by 10 publications

References 15 publications

Monte Carlo modeling in CT-based geometries: dosimetry for biological modeling experiments with particle beam radiation

Monte Carlo modeling in CT-based geometries: dosimetry for biological modeling experiments with particle beam radiation

Biological consequences of complex DNA damage induced by high-LET ionizing radiations

Approaches to Understanding Radiobiologic Consequences of Space Travel: Shuttle Missions, International Space Station, and NASA Approach to Research TRISH Programs

Contact Info

Product

Resources

About