Resumo: A simulação por Monte Carlo (MC) é uma poderosa ferramenta para estudar os efeitos biológicos induzidos pela radiação ionizante em seres vivos. Vários códigos MC, com diferentes níveis de complexidade, são comumente usados em campos de pesquisa como nanodosimetria, radioterapia, proteção radiológica e areoespacial. Este trabalho apresenta uma ampliação de um modelo existente [1] para fins radiobiológicos, a fim de levar em conta o dano indireto e mixto induzido no DNA por radiações ionizantes. O kit de ferramentas de simulação GEANT4-DNA foi usado para simular a etapa física, pré-química e química do dano inicial no DNA induzidos por prótons e partículas alfa. O meio usado nas simulações foi a água líquida. Foram gerados dois arquivos de saída, um contendo eventos de deposição de energia dentro da região de interesse (ROI), e outro com a posição das espécies químicas produzidas pela radiólise d¿água, de 0,1 ps até 1 ns. As informações contidas nos dois arquivos foram sobrepostas em um modelo de material genético com resolução atômica, consistindo de várias cópias de fibras de cromatina de 30 nm. A configuração do B-DNA foi usada. O foco deste trabalho foi o dano indireto produzido pelo ataque do radical hidroxilo (?OH) ao grupo açucar-fosfato, normalmente através da abstração do hidrogênio. A abordagem seguida para explicar o dano indireto no DNA foi o mesmo usado por outros códigos radiobiológicos [2, 3]. O parâmetro crítico aqui considerado foi o raio de reação, calculado a partir da equação de difusão de Smoluchowski. Os rendimentos de quebra de cadeia simples, dupla e total produzidos por mecanismos diretos, indiretos e mistos são relatados. Resultados consistentes com outros trabalhos de simulações e experimentais foram encontrados, mesmo sem seguir qualquer processo de ajuste. Até aonde nós sabemos, esta é a primeira vez que o código GEANT4-DNA é combinado com um modelo atômico do DNA para estudar o dano químico induzido por radiações ionizantes Ver menos

Abstract: Monte Carlo (MC) simulation is a powerful tool to study biological effects induced by ionizing radiation on living beings. Several MC codes, with different level of complexity, are commonly used in research fields such as nanodosimetry, radiotherapy, radiation protection, and space radiation. This work presents an enhancement of an existing model [1] for radiobiological purposes, in order to account for the indirect and mixed DNA damage induced by ionizing particles. The GEANT4-DNA simulation toolkit was used to simulate physical, pre-chemical and chemical stages of the early DNA damage induced by protons and alpha particles. Liquid water was used as the medium for simulations. Two phase-space files were generated, one containing energy deposition events inside the region of interest (ROI), and another one with the position of chemical species produced by water radiolysis from 0.1 ps up to 1 ns. The information contained in both files was superposed on a genetic material model with atomic-resolution, consisting of several copies of 30-nm chromatin fibers. The B-DNA configuration was used. This work focused on the indirect damage produced by the hydroxyl radical (?OH) attack on the sugar-phosphate, normally through hydrogen abstraction. The approach followed to account for the indirect damage in DNA was the same used by other radiobiological codes [2, 3]. The critical parameter considered here was the reaction radius, which was calculated from the Smoluchowski¿s diffusion equation. Single, double, and total strand break yields produced by direct, indirect and mixed mechanisms are reported. Results consistent with simulated and experimental works were found, even without following any fitting process. To the best of our knowledge, this is the first time the GEANT4-DNA code is used in conjunction with a DNA atomic resolution model for studying the chemical damage induced by ionizing radiations Ver menos