Gracias a simulaciones computacionales basadas en el método Monte Carlo y avances en software especializado en el área de la Física médica, como TOPAS (desarrollado en Geant4), académicos de la BUAP realizan investigaciones para comprender los efectos de la radiación ionizante en tejido biológico y mejorar los tratamientos actuales contra el cáncer.
“Uno de estos proyectos está basado en el estudio de los efectos de la radiación ionizante a micro y nano escala. Para esto se implementó un modelo molecular de ADN usando el software de simulación Geant4, a partir del método Monte Carlo”, explicó Eduardo Moreno Barbosa, profesor investigador de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas (FCFM) de la BUAP.
Mediante esta simulación se obtiene una escenario virtual de cómo la radiación ionizante -generada por un acelerador de partículas o naturalmente a partir de radioisótopos y radiación de fondo- interacciona con las moléculas de ADN y causa daños complejos que inhiben su capacidad de reparación, con el fin de determinar el efecto secundario a un nivel macroscópico, como el control tumoral.
A través de este tipo de estudios es posible definir cuál es el nivel de radiación al que puede ser sometido un individuo, así como el mejor tratamiento.
Esta investigación, en la cual colabora el doctor José Ramos Méndez, de la Universidad de California, San Francisco (UCSF), corresponde al proyecto de tesis de Jorge Naoki Domínguez Kondo, estudiante de la Maestría en Ciencias Física Aplicada. La idea es que una vez que se tengan corroboradas las simulaciones, estas sean implementadas en TOPAS (TOol for PArticle Simulation), software orientado a la protonterapia desarrollado por investigadores de UCSF, el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC y el Hospital General de Massachusetts, el cual permite la simulación de sistemas complejos para radioterapia, de manera más accesible para la gente que trabaja en esta área.
Simulaciones para braquiterapia
Eduardo Moreno Barbosa, doctor en Física Aplicada por la BUAP, dio a conocer otra investigación cuyo objetivo es determinar el efecto que los campos magnéticos inducen en las distribuciones de dosis de semillas radioactivas, utilizadas en tratamientos de braquiterapia, la cual también está basada en una simulación Monte Carlo.
“La braquiterapia consiste en insertar semillas radioactivas dentro de tumores cancerígenos, por medio de una cirugía, aplicadores o catéteres. La radiación que se produce es isotrópica; es decir, que sale en todas las direcciones. Sin embargo, su alcance es pequeño, por lo que se necesita de varias semillas insertadas en el tumor o cerca de este”, explicó.
Detalló que al aplicar la dosis, las partículas cargadas (electrones) de radiación pueden ser desviadas de su trayectoria natural si se aplica un campo magnético, como el generado por Resonancia Magnética, por lo que la simulación Monte Carlo permitirá estudiar escenarios complejos: modular el campo magnético para concentrar la radiación o redistribuir su forma; o bien el diseño y prueba de protocolos de tratamiento.
Asimismo, se estudia cómo los campos magnéticos redistribuyen la dosis en zonas significativas del cuerpo, en las que la densidad del material orgánico es mínima, por ejemplo, el pulmón.
Esta investigación es parte del proyecto del maestro en Ciencias Fernando Moreno Barbosa, estudiante del Doctorado en Física Aplicada.
Simulaciones para protección radiológica
Si bien los tratamientos contra el cáncer han demostrado ser efectivos –como la protonterapia-, debido a que generan radiación secundaria a partir del haz primario utilizado, es necesario establecer medidas de seguridad para pacientes y personal que labora en este tipo de centros, conocido como POE (personal ocupacionalmente expuesto).
Con este objetivo, los integrantes del Cuerpo Académico de Física Médica de la FCFM comenzarán un trabajo de simulación para estimar el tamaño y características que deben tener la infraestructura de las instalaciones en las que se realizan estas terapias, de modo que garanticen la protección radiológica de los trabajadores, médicos, químicos y físicos, así como de las personas que viven cerca o pasan con frecuencia por el lugar.
Así se podría saber qué tan gruesas tienen que ser las paredes y el tipo de material, para asegurar que las partículas secundarias que se generan durante las terapias no lleguen a quienes son ajenos a estas, o bien que la radiación no sobrepase los niveles que puede soportar una persona a nivel ambiente y no haya repercusiones con el tiempo.
Finalmente, precisó que con el sistema Monte Carlo es posible hacer simulaciones de forma rápida, cambiar los volúmenes y el tipo de materiales, para tener diferentes simulaciones. Actualmente, los investigadores de la FCFM de la BUAP mantienen colaboración con sus pares de la UCSF, para estar actualizados en el uso de estos sistemas de simulación.
Con información de: BUAP
Imagen dE: BUAP
