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L'efficacia radiobiologica nell'induzione della senescenza cellulare prematura, come effetto subletale di interesse per gli effetti tardivi da esposizione a particelle cariche, è stata studiata in linee cellulari umane normali per vari fasci di ioni accelerati. Esistono pochi dati sperimentali al riguardo; in aggiunta, il Linear Energy Transfer (LET), solitamente utilizzato per predire gli effetti generati dalle particelle cariche, non tiene conto delle possibili dipendenze dallo Z e varia significativamente lungo la profondità di penetrazione dello ione. E' pertanto possibile che l'efficacia nell'induzione di tale effetto vari lungo la curva di Bragg. I risultati preliminari sembrano confermare tale dipendenza.

Gli effetti radiobiologici della radiazione ionizzante di interesse in radioprotezione e adronterapia dipendono fortemente dalla qualità della radiazione. Ad alto LET, gli effetti della struttura di traccia di ioni accelerati giocano un ruolo che non è stato bene caratterizzato sia dal punto di vsita sperimentale che modellistico. Qui presentiamo dati sulla sopravvivenza clonogenica ottenuti esponendo linee cellulari tumorali intorno al picco di Bragg per fasci di ioni 12C, 16O e 19F accelerati al Tandem TTT-3 del Dipartimento di Scienze Fisiche, Università di Napoli Federico II. I risultati saranno discussi in relazione agli attuali modelli RBE-LET.

La radioprotezione degli astronauti è cruciale per il successo di missioni spaziali di lunga durata come quelle programmate su Marte. La scelta dei materiali per la schermatura della radiazione cosmica va ottimizzata al fine di ridurre il rischio di danno biologico all???equipaggio da essa prodotto. La frammentazione nucleare di ioni di alta energia e alto Z incidenti su tali schermi può infatti modificare la qualità della radiazione. Saranno presentati spettri di frammentazione ottenuti analizzando rivelatori CR-39 esposti a ioni accelerati e schermati con un sistema automatico, sviluppato presso il nostro laboratorio. Particolare cura è stata posta nella misura di coppie di tracce sovrapposte.

Complicazioni nel tessuto sano sono inevitabili in radioterapia. Nonostante la loro probabilità si riduca usando ioni carbonio invece dei fotoni, non è noto se la maggiore efficacia biologica dei primi in termini di inattivazione clonogenica si mantenga anche per il danno alla progenie cellulare. Mentre la senescenza cellulare prematura insorge in risposta a vari stress citotossici, non se ne conoscono meccanismi e dipendenza dalla qualità della radiazione. Riportiamo dati sulla senescenza indotta in un sistema modello (HUVEC) da un fascio di ioni carbonio usato a fini terapeutici (GSI, Germania) e da raggi X, rapportandoli a misure della lunghezza telomerica media.

Al fine di garantire un'efficace Radioprotezione degli astronauti, è necessario studiare come la radiazione cosmica interagisce con nuovi materiali che stanno trovando ampie applicazioni nella costruzione di moduli gonfiabili per i veicoli o le stazioni spaziali, in quanto non vengono danneggiati a seguito di eventuali impatti con meteoriti. Prove sull'efficacia di questi materiali, dal punto di vista radioprotezionistico sono in corso sulla Stazione Spaziale Internazionale e sono state effettuate anche presso il Brookhaven National Laboratory per poter valutare la dose dovuta a particelle HZE, poiché nello spazio il campo è misto e le sue componenti sono quindi difficilmente separabili.

Gli effetti biologici tardivi della radiazione ionizzante sono di interesse per i danni al tessuto sano derivanti dal trattamento radioterapico. Ioni come il carbonio risultano in una dose a queste cellule molto ridotta rispetto ai fotoni, ma la maggiore efficacia di queste particelle nel causare morte clonogenica, essenziale per eradicare tumori radioresistenti, potrebbe tradursi in un???efficacia altrettanto elevata anche per altre forme di danno radioindotto. In vitro la senescenza è inducibile da vari agenti: in questi casi essa non appare come stadio fisiologico che prelude all???esaurimento del potenziale proliferativo e alla differenziazione terminale della cellula, ma si configura come vero e proprio meccanismo alternativo a morte e trasformazione neoplastica. Tuttavia, l???accumularsi di tale fenotipo in vivo può compromettere la funzionalità del tessuto interessato e, in ultima analisi, favorire l???insorgenza di tumori secondari attraverso la destabilizzazione del genoma. Vanno quindi compresi dipendenza di tale risposta dalla qualità della radiazione (ioni vs. fotoni) e meccanismi (ruolo degli oncogeni vs. telomeri). Abbiamo studiato la senescenza nel sistema modello endoteliale HUVEC per un fascio di carbonio usato per radioterapia (GSI, Germania). In parallelo, è stata misurata la lunghezza media telomerica dalle intensità di fluorescenza di un marcatore pantelomerico e uno centromerico. Raggi X hanno funto da radiazione di riferimento. I dati fin qui raccolti indicano che la progenie delle cellule esposte entra in senescenza prima di quanto facciano colture non irraggiate, con una complessa dipendenza sia dal LET che dalla riduzione di lunghezza telomerica.

La radioterapia intraoperatoria (IORT) è una recente modalità di trattamento che prevede la somministrazione di una singola dose di elettroni in sede di intervento chirurgico. Le condizioni di irraggiamento prevedono ratei di dose e di dose per impulso molto più alti rispetto alle radioterapia convenzionale con LINAC (200 e 20 volte maggiori, rispettivamente), con nuovi problemi dosimetrici e radiobiologici da affrontare. Cellule di carcinoma mammario sono state irraggiate con elettroni prodotti dall???acceleratore per IORT dell???azienda Ospedaliero-Universitaria di Pisa e con raggi X presso l???Università di Napoli Federico II per la misura della sopravvivenza clonogenica e la valutazione dell???efficacia biologica relativa.