Υπολογισμός αναμενόμενων σύνθετων βλαβών DNA στην περίπτωση θεραπείας πρωτονίων με μεθόδους προσομοίωσης Monte Carlo - Κατράδη-Μέξη, Κωνσταντίνα (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, 2016)
H θεραπεία πρωτονίων χρησιμοποιείται τις τελευταίες δεκαετίες για συγκεκριμένους τύπους καρκίνου όπως του προστάτη, του στήθους, του πνεύμονα κ.α. Η χρήση της αυξάνεται εξαιτίας του γεγονότος ότι η ακτινοβολία των πρωτονίων μπορεί να κατευθυνθεί μόνο στις καρκινικές περιοχές του σώματος. Αυτό την καθιστά μια θεραπεία με μεγάλη ακρίβεια και με μειωμένο κίνδυνο έκθεσης του υγιή ιστού στην ακτινοβολία. Επομένως είναι μια θεραπεία με μικρότερο αριθμό επιπλοκών και παρενεργειών σε σχέση με άλλες. Λιγότερες επιπλοκές σημαίνει ότι οι γιατροί μπορούν να προσφέρουν υψηλότερες δόσεις ακτινοβολίας πρωτονίων σε καρκινικούς ιστούς και μία αυξημένη δόση της ακτινοβολίας πρωτονίων μπορεί να βελτιώσει τις πιθανότητες για ένα επιτυχές αποτέλεσμα. Η στοχευμένη θεραπεία είναι πάντα σημαντική για τη θεραπεία του καρκίνου και ιδιαίτερα κρίσιμη είναι για τους ασθενείς που έχουν όγκους σε ευαίσθητες περιοχές του σώματος όπως ο εγκέφαλος. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία μελετήσαμε δύο ρεαλιστικά μοντέλα για περιπτώσεις θεραπείας καρκίνου με πρωτόνια. Το ένα μοντέλο αφορά το οστεοσάρκωμα και το σάρκωμα του Ewing (καρκινικοί όγκοι στα οστά) και το άλλο το μυελοβλάστωμα (καρκινικός όγκος στον εγκέφαλο). Η θεραπεία για αυτά τα είδη καρκίνου γίνεται σε παιδιά έως 9 ετών. Κάναμε Monte Carlo προσομοιώσεις για τα πρωτόνια με τη χρήση του λογισμικού προσομοίωσης MCDS και υπολογίσαμε τους αριθμούς των διαφόρων τύπων ομαδοποιημένων βλαβών DNA ανά κύτταρο (DSBs, SSBs, NON-DSBs) για διαφορετικά ποσοστά συγκέντρωσης οξυγόνου των κυττάρων του όγκου και για διαφορετικούς αριθμούς χρωμοσωμάτων του DNA για τα δύο μοντέλα. Παρατηρήθηκε πως υπάρχει μια σχέση ανάμεσα στη ποσοστιαία συγκέντρωση του οξυγόνου και του αριθμού των βλαβών, όπως επίσης και ανάμεσα στον αριθμό των χρωμοσωμάτων και τον αριθμό των βλαβών. Παραθέσαμε διαγράμματα με τους αριθμούς των βλαβών συναρτήσει του βάθους του όγκου και της ενέργειας του σωματιδίου και για διάφορες τιμές συγκέντρωσης οξυγόνου. Στη συνέχεια κάναμε πάλι προσομοιώσεις με τη χρήση του λογισμικού προσομοίωσης MCDS για τα ίδια μοντέλα αλλά με ακτινοβολία προερχόμενη από Cs-137 (φωτόνια). Βρήκαμε και για αυτή τη θεραπεία τους αριθμούς των διαφόρων τύπων ομαδοποιημένων βλαβών του DNA και τους συγκρίναμε με αυτούς της θεραπείας πρωτονίων για να γίνει ξεκάθαρο πόσο αποδοτικότερη είναι η θεραπεία της εργασίας μας έναντι εκείνης των φωτονίων. Παραθέσαμε διαγράμματα με τις ίδιες μεταβλητές όπως και στα πρωτόνια. Υπολογίσαμε επίσης την σχετική βιολογική αποδοτικότητα (RBE) των πρωτονίων για βλάβες DSB και NON-DSB και σχεδιάσαμε το διάγραμμα του RBE συναρτήσει του βάθους του όγκου. Ακόμη συμπεριλάβαμε στην προσομοίωση μας και την ουσία DMSO και είδαμε πώς ανάλογα με τη παρουσία της ή μη μεταβάλλονται οι αριθμοί των διαφόρων τύπων ομαδοποιημένων βλαβών που επιφέρουν τα πρωτόνια και τα φωτόνια. Για το DMSO σχεδιάσαμε διαγράμματα που γίνονται κατανοητές οι μεταβολές του αριθμού των βλαβών ανάλογα με τη χρήση ή όχι του DMSO στην θεραπεία πρωτονίων και φωτονίων αντίστοιχα. Τέλος, υπολογίσαμε τα κλάσματα επιβίωσης για τα φωτόνια και τα πρωτόνια, τα συγκρίναμε και σχεδιάσαμε το κλάσμα επιβίωσης τους συναρτήσει της δόσης, έτσι ώστε να αποδείξουμε και πάλι την υπεροχή της θεραπείας πρωτονίων έναντι εκείνης των φωτονίων.