Radiobiologia
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti le conoscenze di base degli effetti conseguenti l'interazione di radiazione ionizzante con sistemi biologici di vario livello di complessità, da elementi subcellulari e cellulari, fino ad organi, tessuti ed individui umani, i meccanismi coinvolti, e le metodiche di misura utilizzabili.
Risultati apprendimento attesi
1) Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà aver acquisito e compreso le conoscenze radiobiologiche rilevanti nell'ambito della radioprotezione e della radioterapia.
2) Dovrà essere in grado di progettare esperimenti relativi ad argomenti di tipo radiobiologico utilizzando i sistemi biologici, gli effetti da studiare e le metodiche più opportune.
3) Dovrà essere in grado di leggere e comprendere articoli scientifici e testi che approfondiscano le tematiche trattate (ad esempio per una successiva tesi di laurea) o per un proseguimento degli studi in un Dottorato o in una Scuola di Specializzazione.
4) Dato l'ambito interdisciplinare dell'insegnamento avrà acquisito un linguaggio che lo renderà in grado
di comunicare con figure professionali di formazione diversa ( ad esempio in ambito ospedaliero con biologi e medici) per costruire proficue collaborazioni.
2) Dovrà essere in grado di progettare esperimenti relativi ad argomenti di tipo radiobiologico utilizzando i sistemi biologici, gli effetti da studiare e le metodiche più opportune.
3) Dovrà essere in grado di leggere e comprendere articoli scientifici e testi che approfondiscano le tematiche trattate (ad esempio per una successiva tesi di laurea) o per un proseguimento degli studi in un Dottorato o in una Scuola di Specializzazione.
4) Dato l'ambito interdisciplinare dell'insegnamento avrà acquisito un linguaggio che lo renderà in grado
di comunicare con figure professionali di formazione diversa ( ad esempio in ambito ospedaliero con biologi e medici) per costruire proficue collaborazioni.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
1. Concetti di radiazione direttamente e indirettamente ionizzante e di azione indiretta ed indiretta sul DNA. Stadio fisico. Deposizione di energia e densità di ionizzazione. Stopping power e Linear Energy Transfer (LET). Struttura di traccia. Stadio chimico: produzione e ricombinazione di radicali liberi. Fonti di esposizione alla radiazione naturale di fondo.
2. Effetti molecolari della radiazione ionizzante. Principali tipi di danni al DNA. Siti con danni multipli (clustered damage). DNA Damage Response (DDR). Aberrazioni cromosomiche: tecniche di rivelazione. Biodosimetria.
3.Effetti a livello cellulare dell'esposizione alla radiazione ionizzante. Morte cellulare: necrosi, apoptosi, morte riproduttiva, catastrofe mitotica, senescenza cellulare prematura. Misura della sopravvivenza cellulare: test clonogenico. Curve dose-risposta. Modelli radiobiofisici. Teoria del target e sue modificazioni. Modello lineare-quadratico.
4. Radiosensibilità cellulare: sua dipendenza dal ciclo cellulare, dal LET e dall'ossigeno. Concetto di danno letale e sub-letale. Effetti del rateo di dose e del frazionamento della dose. Effetti extra bersaglio: bystander effect ed effetti abscopai in vitro ed in vivo, instabilità genomica, risposta adattativa.
5.Effetti dell'esposizione alla radiazione ionizzante a livello di organismo: sindromi da radiazione. Carcinogenesi radioindotta.
6. Cenni di biologia tumorale. Risposta tumorale e del tessuto sano alla radiazione ionizzante (controllo locale del tumore e probabilità di complicazioni del tessuto sano). Il rapporto alpha/beta come misura della radio-risposta clinica. Il razionale radiobiologico della moderna radioterapia. Uso di fasci di ioni accelerati in radioterapia (adroterapia): razionale fisico e radiobiologico. Nuove frontiere nel trattamento radioterapico basate su fenomeni radiobiologici e progressi tecnologici. La radioimmunoterapia. Approcci binari come esempio di applicazioni biomediche di reazioni nucleari: Boron-Neutron-Capture-Therapy (BNCT). Effetti di ratei di dose (ultra) elevati: FLASH-Radiotherapy
2. Effetti molecolari della radiazione ionizzante. Principali tipi di danni al DNA. Siti con danni multipli (clustered damage). DNA Damage Response (DDR). Aberrazioni cromosomiche: tecniche di rivelazione. Biodosimetria.
3.Effetti a livello cellulare dell'esposizione alla radiazione ionizzante. Morte cellulare: necrosi, apoptosi, morte riproduttiva, catastrofe mitotica, senescenza cellulare prematura. Misura della sopravvivenza cellulare: test clonogenico. Curve dose-risposta. Modelli radiobiofisici. Teoria del target e sue modificazioni. Modello lineare-quadratico.
4. Radiosensibilità cellulare: sua dipendenza dal ciclo cellulare, dal LET e dall'ossigeno. Concetto di danno letale e sub-letale. Effetti del rateo di dose e del frazionamento della dose. Effetti extra bersaglio: bystander effect ed effetti abscopai in vitro ed in vivo, instabilità genomica, risposta adattativa.
5.Effetti dell'esposizione alla radiazione ionizzante a livello di organismo: sindromi da radiazione. Carcinogenesi radioindotta.
6. Cenni di biologia tumorale. Risposta tumorale e del tessuto sano alla radiazione ionizzante (controllo locale del tumore e probabilità di complicazioni del tessuto sano). Il rapporto alpha/beta come misura della radio-risposta clinica. Il razionale radiobiologico della moderna radioterapia. Uso di fasci di ioni accelerati in radioterapia (adroterapia): razionale fisico e radiobiologico. Nuove frontiere nel trattamento radioterapico basate su fenomeni radiobiologici e progressi tecnologici. La radioimmunoterapia. Approcci binari come esempio di applicazioni biomediche di reazioni nucleari: Boron-Neutron-Capture-Therapy (BNCT). Effetti di ratei di dose (ultra) elevati: FLASH-Radiotherapy
Prerequisiti
Conoscenza dei concetti di base di interazione radiazione materia base e dei costituenti della materia vivente (cellula, sue struttura e funzioni)
Metodi didattici
Lezioni frontali, di base e applicative, con presentazioni multimediali.
Materiale di riferimento
-Dipense fornite dal docente
Materiale di Supporto
-Radiobiology for the Radiologist, By Eric J. Hall Amato J. Giaccia 7th edition, Lippincott Williams and Wilkins.
-Radiation Biology: a Handbook for Teachers and Students Training Course Series No. 42 International Atomic Energy Agency (IAEA).
-Recenti articoli scientifici
Materiale di Supporto
-Radiobiology for the Radiologist, By Eric J. Hall Amato J. Giaccia 7th edition, Lippincott Williams and Wilkins.
-Radiation Biology: a Handbook for Teachers and Students Training Course Series No. 42 International Atomic Energy Agency (IAEA).
-Recenti articoli scientifici
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Esame orale volto ad accertare il livello di comprensione delle tematiche trattate durante il corso ed approfondimento tramite approfondimento con recente letteratura
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente:
Orsini Francesco
Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento
Dipartimento di Fisica, via Celoria 16, Milano