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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.59.2019.tde-02092021-143225
Documento
Autor
Nombre completo
Iara Souza Lima
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
Ribeirão Preto, 2019
Director
Tribunal
Baffa Filho, Oswaldo (Presidente)
Chubaci, Jose Fernando Diniz
Kinoshita, Angela Mitie Otta
Nicolucci, Patrícia
Título en portugués
Dosimetria das radiações e reforço de dose produzido por nanopartículas de ouro em materiais tecido-equivalentes: alanina, 2-metilalanina, asparagina e glutamato monossódico
Palabras clave en portugués
Dosimetria
Nanopartículas de ouro
Reforço de dose
Ressonância paramagnética eletrônica
Resumen en portugués
A interação da radiação ionizante com moléculas de alanina promove a quebra do grupo amina, formando radicais livres paramagnéticos estáveis. Nesse contexto, estudamos a asparagina, um aminoácido composto por dois grupos NH2, visto que a possível quebra dos dois grupos NH2, poderia formar radicais livres estáveis, possibilitando aumento da sensibilidade e estabilidade dosimétricas. A espectrosocopia por ressonância paramagnética eletrônica (EPR) revelou a natureza paramagnética dos radicais presentes na asparagina irradiada com raios-X, bem como o comportamento dependente da dose (intensidade EPR). Os radicais livres foram investigados por EPR, FTIR e simulação computacional. A modelagem computacional do espectro de EPR, utilizando parâmetros obtidos experimentalmente, revelou a existência de dois radicais induzidos por radiação em temperatura ambiente, relacionados à quebra da ligação entre os dois grupos NH2 formando assim os radicais I e II. O espectro simulado está em boa concordância com o espectro experimental de EPR. A otimização dos parâmetros espectroscópicos, relação sinal-ruído (S/N) e intensidade foram encontrados para fins dosimétricos com uma potência de micro-ondas de 2 mW, e amplitude de modulação de 1 mT. As propriedades dosimétricas da asparagina são caracterizadas por uma dose-resposta linear na faixa de doses terapêuticas, mínima dose detectável de 0,1 Gy, incluindo uma baixa dependência energética (80 KV-6MV) e independência com taxa de dose (100-600 cGy / min) em uma faixa de relevância para a radioterapia. A estabilidade do sinal de EPR também foi investigada e o sinal permanece muito estável em temperatura ambiente, com uma perda de 11% em um período de 6 meses. Mesmo possuindo qualidades dosimétricas apropriadas a asparagina é menos sensível que a alanina. Visto isso, a última parte do trabalho buscou o aumento da sensibilidade dosimétrica- pela inserção de nanopartículas de ouro em asparagina, glutamato monossódico, alanina e 2-metil-alanina. Os resultados mostraram que as nanopartículas de ouro interagem de maneira diferente com cada material devida à característica intrínseca dos aminoácidos, proporcionando estabilização ou agregação das nanopartículas de ouro. Agregação das nanopartículas foi observada para a asparagina e para o glutamato monossódico. O sinal dosimétrico mostrou-se dependente da concentração de AuNPs, tamanho e dose depositada. Para concentrações superiores à 0,5%, a ganho dosimétrico diminui, provavelmente devido a segregação e auto-absorção das nanopartículas vizinhas. E por fim, a dependência com a dose, que revelou, que o ganho dosimétrico é dependente da dose depositada, e que isso é influenciado pela capacidade de recombinação de cada material. Para materiais mais sensíveis à radiação, a formação de radicais livres é superior para uma mesma dose do que para materiais menos sensíveis.
Título en inglés
Radiation dosimetry and dose boost produced by gold nanoparticles in tissue-equivalent materials: Alanine, 2-Methylalanine, Asparagine and Monosodium Glutamate
Palabras clave en inglés
Asparagine
Dose enhancement
Dosimetry
Electronic paramagnetic resonance
Gold nanoparticles
Resumen en inglés
The interaction of the ionizing radiation with alanine molecules promotes the breakdown of the amine group, forming stable paramagnetic free radicals. In this context, we investigated asparagine, an amino acid composed of two NH2 groups, which could then form more stable free radicals and possibly increase the dosimetric sensitivity. The EPR signal revealed the paramagnetic nature present in asparagine irradiated with X-rays, as well as the dose-dependent behavior of its concentration (EPR intensity). Free radicals were investigated by EPR, FTIR and computer simulation. The computational modeling of the EPR spectrum, using experimentally obtained parameters, revealed the existence of two radiation-induced radicals at room temperature related to the breakdown of the bond between the two NH2 groups thus forming radical I and radical II. The simulated spectrum is in good agreement with the RPE experimental spectrum. The optimization of spectroscopic parameters, signal-to-noise ratio (S / N) and intensity were found for dosimetric purposes with a microwave power of 2 mW, and a modulation amplitude of 1 mT. The dosimetric properties of asparagine are characterized by a linear dose-response in the therapeutic dose range, minimum detectable dose of 0.1 Gy, including low energy dependence (80 KV-6MV) and a dose rate (100-600 cGy / min) independence in a range of clinical relevance. Stability of the EPR signal was also investigated and the signal remains very stable at room temperature, with a loss of 11% over a period of 6 months. Even with good dosimetric properties, asparagine is less sensitive than alanine. Thus, the last part of this work was focused on increasing the dosimetric sensitivity by the insertion of gold nanoparticles in asparagine, monosodium glutamate, alanine and 2-methy-alanine. The results revealed that the gold nanoparticles interact differently for each material due to the intrinsic characteristics of the amino acids, which cause aggregation or stabilization of the nanoparticles. Aggregation occurred in asparagine and monosodium glutamate. There was amplification of the dosimetric signal for all amino acids containg gold nanoparticles. In addition, it presented a dependence with concentration, size and dose deposited. At concentrations higher than 0.5%, the dosimetric gain decreases possibly due to segregation and self-absorption of neighboring nanoparticles. The size also influenced the decrease in the dosimetric gain, since for the aggregated materials, the average size of the gold nanoparticles increased considerably, causing the gold nanoparticles to occupy external spaces of the crystal, increasing the segregation and self-absorption. And finally, the dose dependence, which revealed that, the dose enhancement fator is depedent of the deposit dose, and it is influenced by the ability of each material to recombine. For more sensitive materials the formation of free radicals are superior for the same dose than for less sensitive materials.
 
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Fecha de Publicación
2021-10-06
 
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