Published March 26, 2014 | Version v1
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In vitro and in vivo ion beam targeted micro-irradiation for radiobiology

Description

The main goal of radiobiology is to understand the effects of ionizing radiations on the living. These past decades, ion microbeams have shown to be important tools to study for example the effects of low dose exposure, or the bystander effect. Since 2003, the CENBG has been equipped with a system to perform targeted micro-irradiation of living samples. Recently, microbeams applications on this subject have diversified and the study of DNA repair mechanisms at the cellular and multicellular scales, in vitro and in vivo, has become possible thanks to important evolutions of fluorescence imaging techniques and cellular biology. To take into account these new approaches, the CENBG micro-irradiation beamline has been entirely redesigned and rebuilt to implement new features and to improve the existing ones. My PhD objectives were i) commissioning the facility, ii) characterizing the system on track etch detectors, and on living samples, iii) implementing protocols to perform targeted irradiations of living samples with a con-trolled delivered dose, at the cellular and multicellular scales, and to visualize the early consequences online, iv) modelling these irradiations to explain the biological results using the calculated physical data. The work of these past years has allowed us i) to measure the performances of our system: a beam spot size of about 2 μm and a targeting accuracy of ± 2 μm, and to develop ion detection systems for an absolute delivered dose control, ii) to create highly localized radiation-induced DNA damages and to see online the recruitment of DNA repair proteins, iii) to apply these protocols to generate radiation-induced DNA damages in vivo inside a multicellular organism at the embryonic stage: Caenorhabditis elegans. These results have opened up many perspectives on the study of the interaction between ionizing radiations and the living, at the cellular and multicellular scales, in vitro and in vivo. (author)

Abstract (French)

Les microfaisceaux d'ions ont, au cours de ces dernieres decennies, montre leur efficacite dans l'etude des effets des rayonnements ionisants sur le vivant notamment concernant les effets des faibles doses ou l'etude de l'effet de proximite. Le CENBG dispose depuis 2003 d'un dispositif permettant la micro-irradiation ciblee d'echantillons biologiques vivants. Les applications des microfaisceaux dans ce domaine se sont recemment diversifiees et des etudes plus fines sur les mecanismes de reparation des dommages ADN radio-induits aux echelles cellulaire et multicellulaire sont devenues possibles via les evolutions en imagerie par fluorescence et en biologie cellulaire. Ces approches ont necessite une evolution importante de l'instrumentation de la ligne de micro-irradiation du CENBG qui a ete entierement redessinee et reconstruite dans un souci d'optimisation d'apport de nouvelles fonctionnalites. Les objectifs de mes travaux ont ete i) la mise en service du dispositif, ii) la caracterisation des performances du systeme, iii) la mise en place de protocoles pour l'irradiation ciblee a dose controlee aux echelles cellulaire et multicellulaire, in vitro et in vivo, et le suivi en ligne des consequences precoces de cette irradiation, iv) la modelisation des irradiations afin d'interpreter les observables biologiques au regard des donnees physiques calculees. Ces travaux ont permis i) de caracteriser les performances du dispositif: une taille de faisceau d'environ 2 μm sur cible et une precision de tir de ± 2 μm, de developper des systemes de detection d'ions pour un controle absolu de la dose delivree, ii) d'induire des dommages ADN fortement localises in vitro, et de visualiser en ligne le recrutement de proteines impliquees dans la reparation de ces dommages, iii) d'appliquer ces protocoles pour generer des dommages ADN in vivo au sein d'un organisme multicellu-laire au stade embryonnaire, Caenorhabditis elegans. Ces resultats ouvrent la voie vers des experiences plus fines sur la ligne de micro-irradiation ciblee du CENBG pour etudier les effets de l'interaction des rayonnements ionisants avec le vivant, aux echelles cellulaire et multicellulaire, in vitro et in vivo. (auteur)

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Original title (French)
Micro-irradiation ciblee par faisceau d'ions pour la radiobiologie in vitro et in vivo

Publishing Information

Imprint Pagination
176 p.
Report number
FRNC-TH--8948

Optional Information

Notes
122 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/