Influence de la dimension du RMS choisi dans les paramètres de clusterisation 169

Après avoir étudié la probabilité d’intersection entre la trace des particules et notre cible, nous avons voulu évaluer l’influence du rayon initial des clusters (RMS) choisi dans l’algorithme sur le nombre de clusters par particule et par micromètre (DSB et SSB complexe) obtenu dans nos deux noyaux cellulaires. Pour cela, lors de la clustérisation nous avons traité les dépôts d’énergie sélectionnés à l’aide de notre géométrie avec trois rayons distincts : 3,2 nm (~ 10 bp), 10 nm et 15 nm (nucléosome).

Les rayons de 10 et 15 nm ont également été choisis, car, d’une part, pour les TEL les plus élevés, ils permettent de prendre en compte toute la pénombre de la trace et, d’autre part, ce sont les dimensions des dommages conduisant à la mort cellulaire dans les études sur les EBR.

Ainsi, les tableaux IV-29 et IV-30 reportent l’évolution du nombre de clusters par particule et par micromètre obtenus au sein des deux noyaux cellulaires suite aux simulations proton et alpha.

Tableau IV-29 : Evolution du nombre de clusters total par proton et par µm en fonction du rayon du cluster obtenus dans l’endothélium et le fibroblaste.

TEL (keV/µm) Endothelium Fibroblaste RMS = 3,2 nm RMS = 10 nm RMS = 15 nm RMS = 3,2 nm RMS = 10 nm RMS = 15 nm 55,0 4,590 3,692 3,249 1,568 1,028 0,845 41,9 4,146 3,418 3,139 1,405 1,068 0,906 35,2 3,431 3,111 2,871 1,225 1,042 0,910 26,9 2,625 2,545 2,464 0,929 0,880 0,809 16,9 1,558 1,653 1,655 0,497 0,527 0,521 8,3 0,657 0,720 0,734 0,215 0,232 0,353 4,8 0,337 0,365 0,370 0,110 0,116 0,176 2,7 0,167 0,176 0,177 0,051 0,052 0,031 1,3 0,061 0,061 0,059 0,017 0,017 0,016

Tableau IV-30 : Evolution du nombre de clusters total par alpha et par µm en fonction du rayon du cluster obtenus dans l’endothélium et le fibroblaste.

TEL (keV/µm) Endothelium Fibroblaste RMS = 3,2 nm RMS = 10 nm RMS = 15 nm RMS = 3,2 nm RMS = 10 nm RMS = 15 nm 162,5 7,821 7,821 5,203 3,087 1,815 1,430 88,6 5,464 5,464 5,062 1,556 1,447 1,303 53,4 3,419 3,419 3,589 0,952 0,991 0,856 39,3 2,436 2,436 2,635 0,729 0,781 0,770 34,9 2,153 2,153 2,337 0,643 0,695 0,691 26,4 1,527 1,527 1,674 0,488 0,526 0,527 15,2 0,767 0,767 0,827 0,244 0,262 0,263

De manière à mieux visualiser l’évolution du nombre de clusters par particule et par micromètre pour les trois dimensions de RMS choisies, ces résultats sont représentés graphiquement sur les figures IV-13, pour les simulations protons, et figure IV-14, pour les simulations alpha.

Figure IV-13 : Evolution du nombre de clusters par proton et par micromètre en fonction du TEL pour les trois rayons choisis pour la clusterisation.

Figure IV-14 : Evolution du nombre de clusters par alpha et par micromètre en fonction du TEL pour les trois rayons choisi pour la clusterisation.

Ces résultats montrent que l’augmentation du rayon du cluster choisi pour réaliser la clustérisation conduit à l’apparition d’un plateau de saturation au niveau du nombre de dommages par particule et par micromètre.

En effet, pour les TEL inférieurs à 26 keV/µm pour les protons et 90 keV/µm pour les alphas, nous n’observons pas de différence significative au niveau du nombre de clusters par particule et par micromètre en fonction du rayon choisi pour réaliser la clustérisation. Ceci peut s’expliquer par le fait que, pour ces TEL, les traces sont peu denses et les dépôts d’énergie assez espacés, par conséquent la probabilité d’avoir des dépôts d’énergie assez proches pour former des clusters complexes est plus faible (cf. section IV.2). Le rayon choisi pour la clustérisation a par conséquent moins d’importance pour la détection des clusters.

Pour les TEL plus élevés, les traces sont plus denses, par conséquent avec l’augmentation du RMS, nous avons l’apparition d’un plateau de saturation pouvant être lié d’une part à la fusion de clusters et d’autre part à la prise en compte de toute la pénombre de la trace pour la formation des clusters.

En effet, le phénomène de fusion des clusters que l’on voyait déjà apparaître pour les RMS de 3,2 nm se renforce pour les RMS plus élevés montrant un plateau de saturation sur le nombre de clusters à partir de 90 keV/µm. La possibilité de fusion des clusters sera d’autant plus grande que le TEL sera grand et que le rayon choisi pour la clustérisation sera grand.

D’autre part, lorsque l’on analyse les traces des particules (proton ou alpha) primaires ainsi que le spectre des électrons secondaires créés nous pouvons observer que, avec l’augmentation du TEL, les électrons secondaires produits sont plus nombreux mais ils sont également plus proches de la trace primaire. Par conséquent un rayon de 15 nm peut englober toute la trace (pénombre) alors que pour des TEL plus faibles (proton inférieur à 20 keV/µm et alpha inférieur à 60 keV/µm), les électrons secondaires créés sont moins nombreux mais déposent leur énergie plus loin de la trace primaire. Ainsi les rayons de 10 et 15 nm correspondent à des dimensions suffisantes pour englober tous les dépôts d’énergie de la trace pour les haut TEL, c’est donc pour ces raisons que nous avons l’apparition d’un palier de saturation lorsque le TEL augmente. De plus, nous pouvons observer que ce palier de saturation apparait plus tard pour les alphas, c'est-à-dire pour des TEL plus élevés, ceci étant lié à la nature de la trace et aux différences de topologie entre les traces des protons et des alphas (cf. chapitre I, figure I-3).

Enfin, nous pouvons constater que, les valeurs des TEL à partir desquelles commencent à apparaitre le palier de saturation (~ 26 keV/µm pour les protons et ~ 90 keV/µm pour les alphas) sont en accord avec celles des valeurs maximales des EBR (études de Jakel et al. [JAK08], figure IV-8). Ceci est en accord avec ce qui a été dit précédemment concernant la prise en compte de toute la pénombre de la trace avec des rayons supérieurs à 10 nm pour les TEL les plus élevés.

IV.4.3 Conclusion sur la section

Cette section a été dédiée à l’étude de la relation EBR par rapport au TEL avec une approche nanométrique. En effet, dans la littérature de nombreuses études ont été dédiées aux conséquences des rayonnements ionisants sur le devenir de la cellule en étudiant des effets biologiques à l’échelle macroscopique (mort cellulaire par exemple) en évaluant les EBR. Au vu du comportement de ces EBR avec le TEL nous avons voulu étudier quels sont les paramètres, dans la description nanométrique de l’interaction entre la trace des particules et la cible d’ADN qui sont appropriés pour l’étude des effets biologiques.

Ainsi, dans un premier temps, nous avons quantifié la probabilité d’interaction dans notre cible d’ADN lors des simulations étant donné que celui-ci, bien que réparti de manière homogène dans le noyau cellulaire, ne représente que quelques pourcents du volume total. Nous avons observé que

l’évolution de la probabilité d’interaction dans l’ADN avec le TEL à la même forme que celle de l’évolution des EBR avec le TEL. En effet, la probabilité de toucher l’ADN augmente jusqu’à atteindre un maximum puis diminue lorsque le TEL continue d’augmenter. Les valeurs maximales sont obtenues pour les protons de 1 MeV et les alphas de 10 MeV apparaissant ainsi comme étant ceux qui contribuent le plus aux dommages induits dans la cible du fait des dimensions de celle-ci et de sa distribution au sein des noyaux cellulaires. Ces résultats ont permis de montrer que l’énergie absorbée par l’ADN n’est pas une fraction constante de la dose absorbée (macroscopique) utilisée pour les EBR et que celle-ci est surestimée.

Dans un second temps, une étude sur l’influence du paramètre RMS a été réalisée. Cette étude a

permis de montrer que le RMS déterminé dans les paramètres de clusterisation a une influence sur la formation des clusters pour les TEL les plus élevés c'est-à-dire pour les traces les plus denses et compactes. En effet, le nombre de clusters par proton et par micromètre sature avec l’augmentation du TEL pour les RMS supérieurs à 10 nm, ceci étant lié à la prise en compte de toute la pénombre de la trace pour les plus hauts TEL. L’allure de ces résultats est également la même que celle des EBR avec l’augmentation du TEL, les dommages ayant des dimensions supérieures à 10 nm apparaissent ainsi comme des dommages ayant une bonne dimension pour conduire aux dommages tardifs de la cellule.