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 (Objectives):
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.

Phases:
  • 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: 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 (Obiective):
    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.

    Etape:
  • 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.
    [2] I. Porosnicu, C. M. Butnaru, I. Tiseanu, E. Stancu, C. V. A. Munteanu, B. Bita, O. G. Duliu, F. Sima, Y2O3 Nanoparticles and X-ray Radiation-Induced Effects in Melanoma Cells, Molecules 26 (11), 3403, 2021.

    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.
    [3] G. Giubega, R. Ungureanu, G. Cojocaru, C. Staicu, F. Jipa, C. Diplasu, E. Stancu, M. Serbanescu, A. Marcu, E. Axente, M. Zamfirescu, F. Sima , “Laser-driven electron acceleration for FLASH radiotherapy”, Poster presentation at Satellite meeting of the 47th European Physics Society (EPS) Conference, EPS 2020 (2021), Conference on Plasma Physics (virtual), organized by University of Salamanca, 28-29 June, 2021.