ANSTO представляет инновационную платформу, которая объединяет моделирование и радиобиологию для разработки новых методов нейтронной терапии.
Уникальные возможности платформы
Исследовательская платформа объединяет:
* высокоточное моделирование;
* дозиметрию в реальном времени;
* данные о биологической реакции — всё это благодаря использованию нейтронного пучка.
Исследователи из 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 платформы лежит валидированная модель Monte Carlo для прибора Dingo, включающая физику кристаллических фильтров, расширенное спектральное разложение 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 с пучком».
Цифровой двойник
Этот цифровой двойник формирует основу планирования для 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, что подтвердило эффекты бор-нейтронного захвата в живых клетках.
«Мы показали, что нейтронную радиобиологию можно проводить в масштабе, без специализированных установок», — сказал Николас Хоуэл, 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 нейтрон-захватных агентов для бор-нейтрон-захватной терапии (BNCT) и нейтрон-захватной терапии усиленными частицами (NCEPT), гибридного метода, который использует 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 с существующей конфигурацией прибора», — сказал доктор Джозеф Бевитт, учёный-приборник в Австралийском центре нейтронного рассеяния. «Это отличный пример того, что возможно, когда вы объединяете моделирование, опыт работы с пучками и экспериментальную амбициозность».
Обучение следующего поколения учёных
Платформа также играет основополагающую роль в обучении следующего поколения учёных. Докторанты, стажеры и начинающие исследователи напрямую участвуют в моделировании, планировании облучения и постэкспериментальном анализе, получая практический опыт в реальных условиях трансляционных исследований.
«Это яркий пример того, как нейтронный пучок может быть настроен для решения уникальных научных задач, объединяя моделирование, дозиметрию и биологическую реакцию в одном конвейере», — сказал доктор Бевитт. «В результате этой работы эта возможность стала доступной для более широкого исследовательского сообщества».
«Такие валидированные установки важны не только для исследований, но и для национального потенциала», — сказала доктор Митра Сафави-Наэини, возглавляющая программу NCEPT. «В других странах подобные пучки используются промышленностью для тестирования электроники, разработки фармацевтических препаратов и изучения радиационных повреждений в материалах. Мы показали, что Австралия может делать то же самое и делать это умно».
Дальнейшие усовершенствования прибора Dingo
Дальнейшие усовершенствования прибора Dingo включают автоматизацию рабочих процессов дозиметрии, создание среды с контролируемой температурой для образцов и расширение поддержки 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).
Dingo now delivers a rare fusion of simulation and radiobiology, becoming a launchpad for an innovative neutron therapy innovation.”,”This unique scientific capability comprises a single research platform for high-fidelity simulation, real-time dosimetry, and biological response data—all from a neutron beam instrument.”,”Two new papers published in Scientific Reports report how ANSTO researchers have adapted neutron tomography into a fully integrated testbed for neutron capture therapy research. The platform allows scientists to model conditions, plan experiments, and irradiate live cells, all within a validated, operational system.”,”The OPAL multi-purpose research reactor delivers neutrons to the instrument at the Australian Center for Neutron Scattering.”,”At the core of this platform is a validated Monte Carlo model of the Dingo instrument, incorporating crystalline filter physics, advanced spectral unfolding, and a user-friendly graphical interface. Researchers can now predict neutron spectra—both in and out of beam—and configure experimental setups with precision, before entering the lab.”,”\”The validated model gives us a level of confidence we didn’t have before,\” said Dr. Klaudiusz Jakubowski, lead author of the simulation study. \”It allows teams to simulate neutron fields with high fidelity and plan experiments precisely—before they touch the beamline.\””,”This digital twin forms the planning backbone for a new in vitro irradiation capability, now used to investigate the biological effects of neutron capture at the cellular level.”,”Using the model to define neutron beam conditions, the team successfully delivered biologically meaningful thermal neutron doses to human glioblastoma cells. DNA damage was assessed using both flow cytometry and immunocytochemistry, confirming the effects of boron neutron capture in live cells. The irradiation system was developed without impacting the configuration for existing users, a key requirement for any modification to Dingo’s multi-user operations.”,”\”We have shown that neutron radiobiology can be done at scale, without dedicated facilities,\” said Nicholas Howell, lead author of the biological study. \”It is robust, reproducible, and designed to slot into existing infrastructure. That’s what makes it sustainable.\””,”This approach is now being used to evaluate novel neutron capture agents for boron neutron capture therapy (BNCT) and neutron capture enhanced particle therapy (NCEPT), a hybrid modality that harnesses neutron fields generated during proton and ion beam treatments.”,”\”Dingo was never designed for this kind of work, which makes it all the more impressive that the team achieved biological irradiation with the existing instrument configuration,\” said Dr. Joseph Bevitt, instrument scientist at the Australian Center for Neutron Scattering. \”It is a great example of what’s possible when you bring simulation, beamline expertise, and experimental ambition together.\””,”The platform is also playing a foundational role in training the next generation of scientists. Ph.D. students, interns, and early-career researchers are directly involved in simulation, irradiation planning, and post-experiment analysis, gaining hands-on experience in a real-world translational research environment.”,”\”This is a clear example of how a neutron beam instrument can be configured for unique scientific questions incorporating modeling, dosimetry, and biological response all in one pipeline,\” said Dr. Bevitt. \”As a result of this work, it is now a capability that is accessible to the broader research community.\””,”\”These kinds of validated facilities matter not just for research but for national capability,\” said Dr. Mitra Safavi-Naeini, who leads the broader NCEPT program. \”In other countries, beamlines like this are used by industry to test electronics, develop pharmaceuticals, and study radiation damage in materials. We have now shown that Australia can do the same and do it smart.\””,”Further enhancements to the Dingo instrument are underway, including automation of dosimetry workflows, temperature-controlled sample environments, and expanded support for pharmaceutical screening.”,”This work demonstrates what is possible when simulation, experimental physics, and biology are designed to work together, and why full-stack research capability is critical for Australia’s future in advanced radiation science.”,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tAustralian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Other Physics Topics\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник