CETAL | ELI-RO Projects ( PNCDI III 2015-2020) | ELI-RO 01

ELI-01/2020

 

ELI-RO 01/2020 Project


English (Engleză)
Project title: Laser-driven very high-energy electron beam FLASH irradiation: real-time dosimetry-on-chip and biological effects / FLASH-on-chip

Periode: 01 Oct 2020 - 30 Sept 2023

Contact Person:
Project Director: Dr. Felix SIMA (INFLPR)

Coordinator:
National Institute for Laser, Plasma and Radiation Physics - I.N.F.L.P.R.
Atomiștilor 409, Măgurele, Romania

Abstract:
In this project, we propose to simultaneously perform dosimetry measurements using real-time on-chip methods and evaluate the biological effects of FLASH-RT induced by either VHEE or conventional X-ray radiation on melanoma cells grown on the same miniaturized lab-on-chip device. Specifically, the main goals of the project are to determine FLASH irradiation dose of either VHEE obtained by a PW laser-driven electron acceleration in gas or by X-ray radiation using conventional radiation sources and to evaluate cancer cells response to the applied dose (reactive oxygen species production, DNA double-strand breaks generation, cell proliferation). This will be performed in a miniaturized chip housing both cell cultures and dosimetry elements. Secondary project aims will consist of (i) developing new X-ray or electron radiation calibration assays for the eventual determination of FLASH dose and (ii) the development of a tumor-on-chip model consisting of co-cultures of melanoma and normal tissue cells. Finally, we propose a correlation analysis between FLASH irradiation and dose-response effect on the tumor and normal tissue cells, respectively.

Objectives:
  • 2020 - Optimization of irradiation set-ups and microchip validation;

  • 2021 - Protocols and irradiation experiments on cancer cells: dosimetry calibration;

  • 2022 - Comparative studies with FLASH irradiation and effects on cancer cells: VHEE vs X ray;

  • 2023 - FLASH irradiation on cancer cells: dose effect.







  • Română (Romanian)
    Titlul proiectului: Titlul proiectului: Iradieri FLASH cu fascicule de electroni de energie foarte mare accelerati cu laser: dozimetrie pe chip in timp real si efecte biologice / FLASH-on-chip

    Perioada: 01 Oct 2020 - 30 Sept 2023

    Persoana de contact:
    Director Proiect: Dr. Felix SIMA (INFLPR)

    Coordonator:
    Institutul Național pentru Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației - I.N.F.L.P.R.
    Atomiștilor 409, Măgurele, ROMÂNIA

    Abstract:
    În acest proiect propunem desfășurarea unor măsurători simultane de dozimetrie utilizând metode de analiză în timp real în timpul iradierii FLASH-RT cu VHEE sau raze X și evaluarea efectelor biologice asupra celulelor canceroase de tip melanom crescute în aceleași dispozitive miniaturale de tipul lab-on-chip. Concret, scopurile principale ale proiectului sunt determinarea dozei de iradiere FLASH a radiațiilor VHEE rezultate în urma accelerării electronilor la interacția fasciculelor laser ultra-intense cu mediu gazos sau a radiațiilor de raze X obținute folosind surse convenționale și, respectiv, evaluarea răspunsului celular la valoarea dozei aplicate (producție de specii reactive de oxigen, generare de rupturi dublu-catenare ale ADN-ului, proliferare celulara). Aceste experimente vor fi efectuate într-un dispozitiv miniatural ce găzduiește culturile celulare și elementele de evaluare dozimetrică. Alte ținte ale proiectului constau în (i) dezvoltarea unor metode noi de calibrare a radiațiilor de raze X și, respectiv, de electroni, pentru determinarea dozei de iradiere de tip FLASH și (ii) dezvoltarea unui model tumor-on-chip constituit din co-culturi de celule sănătoase alături de celule canceroase. În final, ne propunem sa corelam nivelul dozei de iradiere FLASH cu efectul ei asupra celulelor tumorale și respectiv sănătoase.

    Obiective:
  • 2020 - Optimizarea montajului experimental de iradiere si validarea microcipului;

  • 2021 - Protocoale si experimente de iradiere pe celule tumorale: calibrari dozimetrice;

  • 2022 - Studii comparative ale efectelor iradierilor FLASH asupra celulelor tumorale: VHEE vs radiatie X;

  • 2023 - Iradieri FLASH ale celulelor tumorale: efectul dozei.

  • RESULTS:

    Publications:
    [1] F. Jipa, S. Orobeti, C. Butnaru, M. Zamfirescu, E. Axente, F. Sima, K. Sugioka, Picosecond Laser Processing of Photosensitive Glass for Generation of Biologically Relevant Microenvironments, Applied Sciences 10 (24), 8947, 2020.

    Conference presentations:
    [1] C. E. Staicu, C. M. Butnaru, F. Jipa, E. Axente, B. M. Radu, F. Sima, In vitro viability and proliferation tests of photosensitive glasses processed by picosecond laser assisted etching, Workshop CETAL, Magurele, Romania, December 17-18, 2020. [2] F. Jipa, C. Butnaru, S. Orobeti, C. Staicu, E. Axente, M. Zamfirescu, K. Sugioka, F. Sima, Ultrafast laser processing of photosensitive glasses for biological applications, Workshop CETAL, Magurele, Romania, December 17-18, 2020.