Estimación de supervivencia celular con partículas neutras
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2025
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Abstract
La supervivencia celular frente a la radiación ha sido ampliamente investigado, inicialmente a través de modelos que asumían la interacción directa entre la radiación y componentes celulares críticos como el ADN. Sin embargo, estos modelos han mostrado limitaciones en la captura de la complejidad de los procesos biológicos subyacentes. Con el avance del entendimiento biológico, los modelos han evolucionado para integrar factores como la reparación del ADN y la influencia del microambiente y el ciclo celular, propiciando el desarrollo de enfoques más integrales. Este trabajo tiene como propósito extender la aplicabilidad de un modelo mecanístico de supervivencia celular, originalmente probado con partículas cargadas, hacia su aplicación a partículas neutras. Se busca superar la limitación de un software que utiliza el modelo el cual solo admite partículas cargadas, mediante simulaciones que generen partículas cargadas secundarias a partir de la interacción de partículas neutras con el medio. Se emplearon simulaciones con códigos de Monte Carlo (MC) para modelar el transporte de partículas y obtener el daño al ADN, con la finalidad de obtener los espectros de partículas cargadas secundarias, a partir de los cuales se evaluó el daño inducido indirectamente por partículas neutras, sobrepasando así el impedimento del software para simular el daño. Adicionalmente, se validaron los parámetros del modelo y se exploraron optimizaciones para mejorar la precisión. El modelo resultó efectivo para predecir la supervivencia celular ante fotones en unamplio rango de energías. La evaluación de la calidad del ajuste se realizó con la métrica RMSE donde en el caso de los fotones de distintas energías fluctuó entre 0.016 a 0.490, con un promedio de RMSE de 0.148 para el modelo sin optimizar y entre 0.012 a 0.096, con un promedio de RMSE de 0.035 para el modelo optimizado. La optimización aparte logró reducir la incertidumbre del modelo. Sin embargo, las predicciones para neutrones no fueron adecuadas, sugiriendo la necesidad de revisar la física de interacciones en lasimulación. A partir de lo anterior, se validó el método propuesto correspondiente a la cadena de códigos MC. Lo que resulta prometedor para realizar experimentos futuros con condiciones controladas que corroboren los resultados obtenidos. Además, se incluyó en el apéndice un código en Python para la ejecución de MCDS, con miras a optimizar el tiempo de simulación en investigaciones posteriores, ya que por problemas técnicos no logró ser aplicado en este trabajo.
Description
Tesis (Magíster en Física Médica)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2025