Evaluation des rayons des clusters

Intéressons nous maintenant à l’étude des rayons des clusters. Dans un premier temps, le rayon moyen des clusters a été calculé et l’évolution de la taille de ces rayons en fonction de l’énergie des particules primaires a été étudiée. Ensuite l’évaluation de la taille moyenne des clusters en fonction de la dimension de ceux-ci a été étudiée. Les résultats présentés dans les sections qui suivent ne concernent que les simulations mettant en jeu des protons au sein des deux noyaux cellulaires pour lesquelles davantage d’énergies différentes ont été simulées. Néanmoins, la même étude a été réalisée pour des simulations avec des alphas et les mêmes conclusions ont été obtenues (cf. annexe A).

IV.2.3.1 Rayon moyen des clusters

Dans un premier temps nous avons estimé la valeur moyenne des rayons des clusters obtenus à l’aide de l’algorithme de clustérisation. En effet, bien que le rayon soit défini à 3,2 nm dans les paramètres de clustérisation (RMS), en fonction de la position des dépôts d’énergie, des clusters ayant des rayons plus petits ou plus grands (fusion de clusters) peuvent être détectés.

Ainsi, le tableau IV-23 reporte les rayons moyens des clusters (SSB complexes et DSB) obtenus dans les deux noyaux cellulaires en fonction du TEL des protons primaires.

Tableau IV-23 : Rayon moyen des clusters en fonction du type cellulaire et du TEL des protons.

E (MeV)

TEL (keV/µm)

Rayon moyen des SSB (nm) Rayon moyen des DSB (nm) Endothélium Fibroblaste Endothélium Fibroblaste

0,3 55,0 0,562 0,576 1,293 1,346 0,5 41,9 0,532 0,545 1,197 1,252 0,7 35,2 0,528 0,538 1,163 1,205 1 26,9 0,508 0,518 1,127 1,139 2 16,9 0,473 0,481 1,074 1,077 5 8,3 0,453 0,455 1,036 1,037 10 4,8 0,443 0,438 1,029 1,011 20 2,7 0,431 0,436 1,010 1,022 50 1,3 0,417 0,461 1,007 1,028

Ces résultats mettent en évidence que le rayon moyen du cluster augmente avec le TEL pour les deux types de dommages et pour les deux noyaux cellulaires. Ceci était attendu étant donné que la densité de la trace augmente avec l’augmentation du TEL, par conséquent la probabilité de trouver des clusters avec plus de deux points augmente et plus les clusters contiennent de dépôts d’énergie plus ils ont de chance d’avoir un rayon élevé.

Nous pouvons constater que, pour un TEL donné, les rayons des clusters de type DSB sont plus grands que ceux de type SSB, ce qui était attendu. En effet, la formation de cluster de type DSB nécessite la localisation de dépôts d’énergie sur les deux brins de notre ADN, ces dépôts d’énergie sont donc automatiquement plus éloignés que ceux qui contribuent aux dommages SSB car ils sont localisés sur le même brin.

IV.2.3.2 Proportion des clusters DSB en fonction de leur dimension

Dans un second temps, l’évaluation de la répartition des clusters en fonction de leur rayon pour une énergie donnée a été réalisée. Pour cela nous avons calculé la proportion des clusters par rapport au nombre de clusters total pour chaque dimension du rayon (figure IV-8 et IV-9). Pour aider à la visualisation du comportement en fonction de l’énergie seulement quatre énergies ont été reportées sur ces deux figures.

Figure IV-8 : Evolution des rayons moyens des clusters en fonction de l’énergie des protons

initiaux dans l’endothélium.

Figure IV-9 : Evolution des rayons moyens des clusters en fonction de l’énergie des protons

initiaux dans le fibroblaste.

Bien que le rayon soit fixé à 3,2 nm dans les paramètres de clustérisation, le plus souvent ce sont des clusters ayant des rayons plus petits qui sont trouvés du fait de la limitation des dépôts d’énergie sélectionnés grâce à la géométrie.

Ces résultats montrent également que, pour les deux noyaux cellulaires, avec l’augmentation de l’énergie, c'est-à-dire la diminution du TEL, le maximum de chacune de ces courbes se décale vers la gauche c’est-à-dire que le rayon des clusters diminue. Ceci est en accord avec les résultats obtenus dans la section précédente où nous avons observé une diminution du rayon moyen du cluster avec la diminution du TEL étant donné que la complexité des clusters diminue.

De plus, peu de clusters ont des rayons supérieurs à 3,2 nm, ce qui veut dire que peu de clusters sont assez proches pour pouvoir fusionner et donc conduire à des clusters ayant des rayons plus grands. De plus, ce phénomène de fusion se produit essentiellement pour les protons ayant les TEL les plus élevés, c'est-à-dire lorsque la trace est la plus dense.

Enfin, nous pouvons observer que la répartition de la taille des clusters à une forme parabolique avec une queue vers les rayons les plus élevés. La largeur de cette parabole diminue avec la diminution du TEL, tout comme cette queue. Ainsi, il y a moins de dispersion au niveau de la dimension des rayons avec la diminution du TEL, pouvant également traduire le fait qu’il y a moins de fusion de clusters. Ceci est également dû au fait qu’avec la diminution du TEL, les clusters sont moins complexes c'est-à-dire qu’ils sont composés de moins de dépôts d’énergie, par conséquent ils ont une forte probabilité d’être de petite dimension.

IV.2.3.3 Dimension des clusters DSB en fonction de leur complexité

Enfin, la dernière partie de cette section concernant l’étude des rayons des clusters, a consisté à étudier le rayon moyen des DSB en fonction de la complexité de celles-ci, c'est-à-dire en fonction du nombre de points composant ce type de dommage. Comme les résultats obtenus dans le fibroblaste et l’endothélium ont la même tendance, seuls les résultats concernant le fibroblaste ont été reportés dans cette section. Ainsi, le tableau IV-24 reporte les dimensions moyennes (en nm) des rayons des DSB en fonction de la complexité de ceux-ci et du TEL des protons initiaux. Les deux TEL les plus faibles (1,3 et 4,2 keV/µm) n’ont pas été reportés ici car la quantité de clusters complexes pour une taille donnée est faible, par conséquent la statistique n’était pas suffisantes pour évaluer correctement la dimension moyenne des dommages.

Tableau IV-24 : Evolution du rayon moyen (nm) des DSB en fonction de leurs complexités dans le noyau du fibroblaste. Taille du cluster TEL (keV/µm) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 55,0 0,958 1,071 1,145 1,234 1,316 1,414 1,475 1,607 1,694 41,9 0,940 1,075 1,201 1,307 1,428 1,530 1,635 1,740 1,877 35,2 0,947 1,079 1,201 1,334 1,444 1,546 1,635 1,811 1,812 26,9 0,926 1,071 1,185 1,299 1,439 1,545 1,656 1,747 1,837 16,9 0,922 1,058 1,139 1,250 1,373 1,535 1,542 1,500 1,562 8,3 0,900 1,036 1,128 1,233 1,289 1,475 1,489 1,600 1,741 4,8 0,890 1,000 1,109 1,180 1,304 1,436 1,463 1,701 1,729

Ces résultats montrent que, quel que soit le TEL et le noyau cellulaire considéré, le rayon moyen des DSB augmente avec leur complexité.

Ces résultats montrent également que, quel que soit la complexité des DSB, le rayon moyen augmente avec la diminution du TEL jusqu’à atteindre un maximum autour de 35 keV/µm puis diminue lorsque le TEL continue de diminuer. Ce phénomène est lié à la topologie des électrons secondaires émis suite au passage de la particule primaire. En effet, avec l’augmentation du TEL, la quantité des électrons secondaires émis est plus importante mais ces électrons déposent leur énergie plus près de la trace primaire. Ainsi, toute la pénombre de la trace primaire peut être prise en compte pour les TEL les plus élevés, les dimensions des clusters vont alors atteindre un maximum puis diminuer. Nous verrons que ces résultats ont la même allure que celle de l’évolution des EBR

en fonction du TEL et que la probabilité qu’à une trace d’un rayonnement ionisant d’interagir dans la cible d’ADN (cf. section IV.4).