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Ultra-high dose-rate (FLASH) radiotherapy: Generation of early, transient, strongly acidic spikes in the irradiated tumor environment - 21/05/20

Radiothérapie « FLASH » à haute intensité: génération ultra-rapide de pics transitoires de forte acidité dans l’environnement tumoral irradié

Doi : 10.1016/j.canrad.2019.11.004 
J.-P. Jay-Gerin
 Département de médecine nucléaire et de radiobiologie, Faculté de médecine et des sciences de la santé, Université de Sherbrooke, 3001, 12e Avenue Nord, Sherbrooke, Québec, J1H 5N4, Canada 

Correspondence.
Sous presse. Épreuves corrigées par l'auteur. Disponible en ligne depuis le jeudi 21 mai 2020

Abstract

Monte Carlo simulations of γ/fast electron-radiolysis of water show that the in situ formation of H3O+ temporarily renders each “native” isolated spur/track region very acidic. For pulsed (FLASH) irradiation with high dose rate, this early time, transient “acid-spike” response is shown to extend evenly across the entire irradiated volume. Since pH controls many cellular processes, this study highlights the need to consider these spikes of acidity in understanding the fundamental mechanisms underlying FLASH radiotherapy.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Des simulations Monte Carlo de radiolyse de l’eau par les rayons γ de 60Co ou par des électrons rapides montrent que la formation in situ de H3O+ rend chaque région des trajectoires « natives » du rayonnement temporairement très acide. Pour une irradiation pulsée (FLASH) avec un débit de dose élevé, il est montré que cette réponse acide ultra-rapide et transitoire s’étend de manière uniforme sur la  totalité  du volume irradié. Puisque le pH contrôle de nombreux processus cellulaires, cette étude souligne la nécessité de considérer ces pics d’acidité dans la compréhension des mécanismes fondamentaux qui sous-tendent la radiothérapie FLASH.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Liquid water, Radiolysis, Chemical yield, Hydronium ion (H3O+), pH, Acid spike, Monte Carlo track chemistry simulation, FLASH radiotherapy

Mots clés : Eau liquide, Radiolyse, Rendement en ions hydronium (H3O+), pH, Pic d’acidité, Simulation Monte Carlo de la chimie des trajectoires, Radiothérapie « FLASH »


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