ANSTO представила уникальный инструмент для исследований — Dingo, который объединяет моделирование и радиобиологию. Это стало отправной точкой для инноваций в области нейтронной терапии.
Инновационная платформа для исследований
Уникальная научная возможность представляет собой единую исследовательскую платформу для высокоточного моделирования, дозиметрии в реальном времени и получения данных о биологических реакциях — всё это благодаря использованию нейтронного пучка.
Две новые статьи, опубликованные в Scientific Reports, рассказывают о том, как исследователи ANSTO адаптировали нейтронную томографию в полностью интегрированный испытательный стенд для исследований в области нейтрон-захватной терапии. Платформа позволяет учёным моделировать условия, планировать эксперименты и облучать живые клетки в рамках валидированной операционной системы.
Многоцелевой исследовательский реактор OPAL
Многоцелевой исследовательский реактор OPAL поставляет нейтроны на прибор в Австралийском центре нейтронного рассеяния.
В основе этой платформы лежит валидированная модель Монте-Карло прибора Dingo, включающая физику кристаллических фильтров, расширенное спектральное развёртывание и удобный графический интерфейс. Исследователи теперь могут прогнозировать спектры нейтронов — как внутри пучка, так и вне его — и точно настраивать экспериментальные установки перед входом в лабораторию.
«Валидированная модель даёт нам уровень уверенности, которого у нас не было раньше, — сказал доктор Клаудий Якубовски, ведущий автор исследования по моделированию. — Она позволяет командам моделировать нейтронные поля с высокой точностью и точно планировать эксперименты до того, как они начнут работать на линии пучка».
Цифровой двойник
Этот цифровой двойник формирует основу для планирования новой возможности облучения in vitro, которая теперь используется для изучения биологических эффектов нейтронного захвата на клеточном уровне.
Используя модель для определения условий нейтронного пучка, команда успешно доставила биологически значимые дозы тепловых нейтронов в клетки глиобластомы человека. Повреждение ДНК было оценено с помощью проточной цитометрии и иммуноцитохимии, подтвердив эффекты бор-нейтронного захвата в живых клетках.
«Мы показали, что нейтронную радиобиологию можно проводить в масштабе без специализированных помещений, — сказал Николас Хоуэлл, ведущий автор биологического исследования. — Она надёжна, воспроизводима и предназначена для интеграции в существующую инфраструктуру. Вот что делает её устойчивой».
Оценка новых агентов для нейтрон-захватной терапии
Этот подход в настоящее время используется для оценки новых агентов для нейтрон-захватной терапии (BNCT) и нейтрон-захватной терапии с усилением частиц (NCEPT) — гибридного метода, использующего нейтронные поля, генерируемые во время протонной и ионно-лучевой терапии.
«Dingo никогда не был предназначен для такой работы, что делает ещё более впечатляющим то, что команда достигла биологического облучения при существующей конфигурации прибора, — сказал доктор Джозеф Бевитт, учёный-инструменталист в Австралийском центре нейтронного рассеяния. — Это отличный пример того, что возможно, когда вы объединяете моделирование, опыт работы на пучке и экспериментальную амбициозность».
Платформа для обучения нового поколения учёных
Платформа также играет основополагающую роль в обучении следующего поколения учёных. Докторанты, стажеры и начинающие исследователи непосредственно участвуют в моделировании, планировании облучения и постэкспериментальном анализе, получая практический опыт в реальных условиях трансляционных исследований.
«Это яркий пример того, как нейтронный пучок можно настроить для решения уникальных научных задач, объединяя моделирование, дозиметрию и биологический ответ в одном конвейере, — сказал доктор Бевитт. — Благодаря этой работе теперь эта возможность доступна более широкому исследовательскому сообществу».
Значение для национальной науки
«Такие проверенные объекты важны не только для исследований, но и для национальных возможностей, — сказала доктор Митра Сафави-Наэйни, возглавляющая программу NCEPT. — В других странах подобные линии пучков используются промышленностью для тестирования электроники, разработки фармацевтических препаратов и изучения радиационных повреждений в материалах. Теперь мы показали, что Австралия может делать то же самое и делать это умно».
Дальнейшие усовершенствования прибора Dingo находятся в стадии разработки, включая автоматизацию рабочих процессов дозиметрии, создание среды с контролируемой температурой для образцов и расширение возможностей фармацевтического скрининга.
Эта работа демонстрирует, что возможно, когда моделирование, экспериментальная физика и биология разработаны для совместной работы, и почему комплексные исследовательские возможности имеют решающее значение для будущего Австралии в области передовой радиационной науки.
Предоставлено Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO).