CHAPITRE IV- RÉSULTATS
IV.3 Evolution des dommages en fonction de la dose
Cette section est dédiée à l’étude des candidats aux dommages de type DSB obtenus pour une dose donnée et par micromètre au sein des deux noyaux cellulaires pour des simulations réalisées avec des protons.
Pour le calcul de ces dommages pour une dose donnée nous avons choisi de distinguer deux cas. Le premier cas est celui correspondant à des expériences de radiobiologie réalisées avec un microfaisceau de particules. Dans cette configuration les cellules sont irradiées une par une avec contrôle individuel des particules tirées et toujours en utilisant un nombre très réduit de particules. Ainsi, les traces sont indépendantes, spatialement et temporellement, les unes des autres et si l’on souhaite évaluer un nombre de dommages pour une dose donnée il est légitime de multiplier le nombre de DSB/p/µm obtenu dans la section IV.2.1.1 par le nombre de traces nécessaires pour obtenir cette dose (1 Gy = X traces * DSB/p/µm). Ainsi, dans ce cas précis les traces sont traitées indépendamment les unes des autres lors de la clusterisation à l’aide de l’algorithme. Le second cas correspond à des irradiations réalisées avec des faisceaux de particules où la fluence est beaucoup plus importante et la dose absorbée est délivrée en quelques minutes. En effet, il nous faudra donc un temps donné pour obtenir la dose voulue et comme nous l’avons vu dans le premier chapitre de cette thèse, différents mécanismes physique, chimique et biologique se produisent avant l’apparition des effets biologiques considérés, ici les cassures double brin de l’ADN visualisable dans les expériences de radiobiologie environ 20-30 minutes après irradiation, Il n’est donc pas possible de traiter les traces indépendamment les unes des autres. Ainsi, il est nécessaire de définir le nombre de traces nécessaires pour obtenir une dose donnée et de traiter toutes ces traces ensemble lors de la clusterisation avec l’algorithme.
Dans un premier temps il a donc été nécessaire d’évaluer le nombre moyen de traces nécessaires pour obtenir 1 Gy dans nos noyaux cellulaires (tableau IV-25). Pour cela, des simulations avec des protons dans des noyaux homogènes d’eau ont été réalisées et, à partir de là, l’énergie moyenne déposée dans le noyau par trace a pu être calculée. En évaluant la dose moyenne déposée par trace il a alors été possible de remonter au nombre moyen de protons nécessaires pour obtenir 1 Gray. Notons également, qu’une dose de 1 Gy dans le noyau cellulaire ne correspond pas forcément à une dose de 1 Gy dans la molécule d’ADN. En effet, bien que l’ADN soit réparti de manière homogène dans tout le volume, l’ADN ne représente qu’une faible proportion du volume total du noyau et il y a une hétérogénéité au niveau nanométrique de celui-ci de par sa forme condensée en fibre et boucle de chromatine. Par conséquent tous les dépôts d’énergie ne vont pas être localisés dans celui-ci et toutes les traces simulées ne vont pas non plus forcément atteindre l’ADN (cf. section IV.).
Tableau IV-25 : Nombre de traces nécessaires pour obtenir 1 Gy dans les noyaux cellulaires.
E (MeV) TEL (keV/µm) Traces/Gy endothélium Traces/Gy fibroblaste
0,3 55,0 26 34 0,5 41,9 35 46 0,7 35,2 41 56 1 26,9 53 76 2 16,9 89 129 5 8,3 179 263 10 4,8 321 453 20 2,7 595 841 50 1,3 1409 1970
D’après ces résultats, nous pouvons observer que, avec la diminution du TEL, le nombre de traces nécessaires pour obtenir une dose donnée augmente considérablement. La différence entre les noyaux vient du fait que le noyau du fibroblaste est plus volumineux (masse plus importante) que celui de l’endothélium et la différence dans le parcours ne compense pas cette différence du fait que les noyaux sont irradiés de manière perpendiculaire.
Une fois le nombre de traces nécessaires pour obtenir une dose donnée calculé, nous avons évalué le nombre de dommages de types DSB par Gray et par micromètre dans nos deux noyaux cellulaires en utilisant les deux méthodes décrites précédemment (traitement des traces ensembles ou séparément pour une dose donnée). Les résultats obtenus sont reportés dans le tableau IV-26 et une représentation graphique de ces résultats est reportée sur la figure IV-10.
Tableau IV-26 : DSB/Gy/µm en fonction du type cellulaire et du traitement des traces séparément ou ensemble. E (MeV) TEL (keV/µm) Endothélium Fibroblaste
Séparément Ensemble Séparément Ensemble
0,3 55,0 72,40 72,46 31,16 31,29 0,5 41,9 70,53 70,75 32,70 32,82 0,7 35,2 66,42 66,69 32,60 32,78 1 26,9 61,75 62,17 31,08 31,31 2 16,9 55,17 55,52 25,57 25,93 5 8,3 43,39 44,25 20,72 21,62 10 4,8 37,75 38,98 17,77 19,37 20 2,7 33,54 36,82 14,70 17,53 50 1,3 29,74 36,55 11,67 17,18
Figure IV-10 : Evolution du nombre de DSB par Gray et par micromètre pour les protons. Les carrés correspondent aux résultats obtenus dans l’endothélium et les losanges ceux obtenus dans le fibroblaste. En orange sont représentées les traces traitées ensemble et en vert celles traitées de
Concernant l’allure globale de ces résultats, pour les deux méthodes, le nombre de DSB/Gy/µm augmente avec le TEL jusqu’à atteindre un palier, voire diminuer, pour les plus hauts TEL. L’apparition de ce palier peut être lié au fait que, pour les TEL les plus élevés, nous avons une saturation du nombre de DSB par rapport au TEL qui n’était pas forcément visible pour une trace (section IV.2.) mais, comme pour obtenir une dose donnée il est nécessaire d’avoir plusieurs traces, cet effet est multiplié et par conséquent plus visible. De plus, ce palier de saturation est d’autant plus visible dans le noyau du fibroblaste car son épaisseur est plus importante et que certaines particules peuvent ne pas traverser intégralement le noyau.
En s’intéressant à la méthode choisie pour déterminer le nombre de dommages par Gray, d’après ces résultats nous pouvons observer que pour les TEL les plus élevés (supérieurs à 20 keV/µm), les résultats obtenus par les deux méthodes sont semblables.
Néanmoins, lorsque le TEL diminue et qu’il devient faible (TEL inférieur à 8 keV/µm, à partir de plus de 300 traces/Gy), nous pouvons observer que le fait de traiter les traces ensemble lors de la clustérisation fait apparaitre un palier de saturation alors que par l’autre méthode le nombre de dommage par dose continue à diminuer. Ceci traduisant le fait que, à cause du grand nombre de traces nécessaires pour obtenir une dose donnée, les traces ne sont plus indépendantes lors de la clustérisation et les dommages contiennent des dépôts d’énergie de différentes particules initiales. Par conséquent, la probabilité d’avoir des dépôts d’énergie assez proches pour pouvoir conduire à des cassures double brin de l’ADN ne diminue plus.
Ainsi cette étude a permis de mettre en évidence que la manière de déterminer le nombre de dommages par Gray à une influence sur les résultats des dommages à l’ADN pour une dose donnée à partir d’une énergie de 10 MeV pour les protons. Ce paramètre apparait donc comme un paramètre non négligeable à prendre en compte lors de la détermination des dommages pour une dose donnée bien que dans certaines études, où le nombre de dommages est donné par Gray et par dalton, cet effet n’est pas pris en compte et l’on observe une évolution linéaire du nombre de DSB/Gbp/Gy avec le TEL [FRI03].