DOSSIER DOSimetria in SItuazioni di Emergenza Radiologica

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1 DOSSIER DOSimetria in SItuazioni di Emergenza Radiologica Durata proposta: 3 anni ( ) Sezioni: Roma 1 -Gruppo coll. Sanità (P. Fattibene) Pavia (A. Buttafava) Catania (M. Brai) Responsabile nazionale: Paola Fattibene (ISS) Scopo della ricerca: Individuazione di indicatori dosimetrici individuali per la valutazione retrospettiva di dose assorbita in seguito a esposizioni radiologiche non controllate

2 Contesto Quando membri del pubblico o lavoratori senza dosimetri fisici sono accidentalmente esposti alle radiazioni ionizzanti, è necessario valutare retrospettivamente la dose a cui gli individui coinvolti sono stati esposti. L esposizione accidentale è collegata a: uso industriale e medico R.I. trasporto e detenzione di sorgenti uso improprio di sorgenti traffici illeciti abbandono di sorgenti uso deliberatamente ostile di radiazioni

3 Scopo della dosimetria retrospettiva nelle emergenze radiologiche In base al tipo di esposizione (su piccola o larga scala) gli indicatori possono contribuire a: effettuare uno screening veloce per classificare le persone in base alla dose (affianca il triage clinico) se il numero di persone coinvolte è elevato stimare la distribuzione di dose nel corpo della vittima per definire la strategia terapeutica se il numero di vittime non è elevato fornire prove per motivi legali

4 Valutazione retrospettiva della dose accidentale Monitoraggio della radioattività Sintomi clinici prodromici (dosimetria clinica) Conteggio dei globuli bianchi Esame dei dicentrici (dosimetria biologica) I dicentrici devono essere misurati entro poche settimane dall esposizione e forniscono la dose solo in caso di irraggiamento al corpo intero. Necessità di affiancare altri metodi La misura di dose assorbita con metodi fisici in tessuti biologici solidi o in materiali adiacenti al corpo può ovviare ai limiti della biodosimetria

5 Finalità del progetto proposto Si propone di indagare come marker dosimetrici i danni indotti dalle R.I. nella struttura molecolare di campioni biologici e non, rivelabili e misurabili attraverso tecniche fisiche. Danni che saranno esaminati: radicali, centri paramagnetici, centri luminescenti, difetti e danni strutturali di superficie

6 Apparati strumentali Electron paramagnetic resonance (EPR) Thermoluminescence (TL) Optically Stimulated Luminescence (OSL) Scanning Electron Microscopy (SEM)

7 Materiali La maggior parte dei materiali presenta effetti di radiazione che possono essere usati come indicatori dosimetrici (natural and synthetic) Dust

8 Proprietà del materiale LOW BACKGROUND/SPURIOUS SIGNALS AND HIGH RADIATION SPECIFICITY Analisi e comprensione delle componenti osservate negli spettri DOSE-EFFECT RELATIONSHIP dose range compreso almeno tra 500 mgy e il livello di dose letale per l uomo linearità della risposta stabilità dei segnali sensbilità individuale alla radiazione CONFOUNDING FACTORS Influenza di Preparazione del campione Conservazione del campione (prima e dopo la preparazione) Parametri ambientali

9 Standard di riferimento Le proprietà dosimetriche dei materiali saranno confrontate con quelle del metodo dei dicentrici, che a oggi è considerato il gold standard per dosimetria in situazioni di esposizione acuta. Incertezza: 1 Gy (95%) Tempo misura e preparazione: 4-5 gg per campione, ma si possono misurare più campioni in parallelo. (6 persone, 100 campioni in 7 gg) Tempo tra raccolta e misura: < 24 h Stabilità: settimane (massimo 6 mesi)

10 Materiali proposti in DOSSIER Tessuti biologici Unghie Capelli e peli Materiali inerti Silicati nella polvere Vetro Tessuti per abbigliamento (naturali e sintetici)

11 Tessuti biologici solidi I campioni biologici proponibili come markers devono essere prelevabili in modo non invasivo. UNGHIE E CAPELLI sono tessuti elettivi. Marker: Radicali (cheratina, melanina) EPR Danni di superficie SEM

12 Unghie e capelli EPR ipotesi sul centro responsabile In seguito a irraggiamento si formano radicali sulle molecole di cheratina e melanina. L ipotesi è che queste molecole agiscano come scavenger. Probabile meccanismo di formazione di radicali liberi in seguito a esposizione a radiazioni : cattura elettronica sul gruppo RSSR della cheratina o sul chinone della melanina. Dati di letteratura insufficienti all elaborazione di un modello

13 Capelli EPR segnale radioindotto Confronto tra spettri EPR di capelli irradiati e non Anche in questo caso i dati di letteratura sono insufficienti

14 Capelli EPR stabilità del segnale Ancora una volta risultati di letteratura insufficienti e contrastanti.

15 Unghie EPR Segnali Segnale radioindotto ottenuto in condizioni ottimali di laboratorio (Reyes et al. Radiat Environ Biophys, 2008) Segnale indotto dal taglio dell unghia

16 La conservazione del campione all azoto o anche a 4 C entro poche ore dall esposizione permette di immobilizzare i radicali. Dopo lo scongelamento, l esistenza nel campione di un segnale EPR non stabile indica la presenza di un segnale radioindotto. Altro metodo per bloccare I radicali instabili consiste nel legarli a spin trap subito dopo l irraggiamento. Unghie EPR Stabilità del segnale

17 Unghie e capelli - SEM L irraggiamento può provocare anche modifiche nella morfologia della superficie dell unghia, del capello, del follicolo e della sua cuticola.

18 Capelli - SEM 831x 2000 x CTR CTR 831x IRR 2000 x IRR Si osserva la formazione di blebs, tipicamente prodotti da perossidazione lipidica.

19 Materiali inerti: silicati nella polvere Il particolato minerale, contenente silicati, è presente nella polvere depositata sugli oggetti o sulle persone. Ne esiste quindi anche depositato sul corpo, in particolare sulle stesse unghie e capelli. I silicati, da sottoporre a misura TL, vengono isolati dalla matrice (unghie e capelli) sui cui sono depositati seguendo una procedura di estrazione opportunamente ottimizzata in base alla provenienza del particolato (tipo di oggetto o materiale biologico). La procedura, descritta nel protocollo CEN EN 1788, prevede le seguenti fasi:

20 Procedura di separazione dei silicati

21 Silicati: segnale TL Test preliminari: linearità nell intervallo (0,5-5) Gy fading termico: Nell intervallo è pari al 35% dopo 6 giorni Nell intervallo è stabile

22 Marker in materiali inerti - vetro Utile materiale per la ricostruzione della dose al singolo individuo, in quanto non è difficile potere avere a disposizione campioni di vetro da orologi e occhiali o per una valutazione ambientale, essendo ovviamente presente almeno nelle finestre. Marker: radicali stabili EPR quarzo TL

23 Vetro - EPR EPR signal amplitude, a.u. Before irradiation After irradiation Difference after-before Up to now the best performance found in a type of glass: Detection limit: about 1 Gy Fading: decay in the first 24 hours, then stable Magnetic field, G Il limite di rivelazione e la stabilità del segnale dipendono dal tipo di vetro. Sarà necessario uno studio preliminare sulle tipologie di vetro e analisi chimiche per verificare la composizione elementale dei materiali.

24 Vetro - TL Letteratura: su differenti vetri commerciali la risposta TL è proporzionale alla dose (sx). Fading osservato % primo giorno, circa 50% dopo 15 giorni (dx)

25 Tessuti per abbigliamento (tessuti sintetici e accessori) c) Fibre sintetiche (poliesteri, poliammidi ) d) Polimeri con cariche inorganiche (bottoni, rinforzi, suole ) e) Pellami sintetici (borse, portafogli, scarpe) Marker: radicali stabili EPR Radicali possono formarsi sia nel materiale stesso che su molecole con cui il materiale viene arricchito. In particolare molte matrici polimeriche contengono additivi antiossidanti. Questi sotto irraggiamento producono radicali nitrossidici molto stabili. Si prevede un analisi della composizione dei materiali in studio.

26 Marker in materiali inerti tessuti per abbigliamento (LANA) La lana è una fibra dalla struttura complessa prevalentemente costituita da cheratina Marker specifici delle R.I.: radicali stabili EPR danni di superficie SEM Studi esistenti in letteratura si riferiscono ad applicazioni industriali: misure EPR eseguite ad alte dosi, basse temperature e in atmosfera di azoto. Non esistono studi dedicati alle basse dosi

27 Tessuti per abbigliamento (Cotone) fibre vegetali contenenti cellulosa La fibra del cotone consiste di un core centrale di cellulosa ( 88%-96%della massa totale) composto da lunghe catene di macromolecole generate dalla condensazione di diverse migliaia di molecole di β-glucosio. C 6 H 11 O 5 -(C 6 H 11 O 4 ) n -C 6 H 11 O 5 n>1000 Marker: radicali stabili EPR Spettro EPR di fibre di cotone irraggiato e non irraggiato Dati di letteratura: sensibilità a dosi dell ordine del Gy. A temperatura ambiente il segnale EPR della fibra irraggiata varia con il tempo. Raggiunge la stabilità dopo circa 100 h Kamenopoulou et al. Radiat. Prot. Dosim. 1986

28 Obiettivi specifici e piano di lavoro (anni 1 e 2) 1. Verifica della presenza di segnali specifici della radiazione 2. Analisi dei segnali di background 3. Identificazione dei centri responsabili dei segnali osservati per una comprensione di tipo fondamentale (incluse le analisi di composizione) 4. Studio delle proprietà dosimetriche di base (stabilità del segnale, minima dose rivelabile) 5. Studio dell influenza delle condizioni ambientali sulla stabilità del segnale radioindotto 6. Studio dell influenza della preparazione del campione sul segnale di background. 7. Sviluppo di metodi di calcolo per la separazione dei segnali radioindotti dai segnali di fondo.

29 Obiettivi specifici e piano di lavoro (anno 3) 1. Studio della risposta in funzione dell energia di fotoni e neutroni 2. Trasferibilità a strumenti compatti per misure in situ (con coinvolgimento dell industria)

30 Anagrafica ISS PV CT P. Fattibene 100% A. Buttafava 70% Brai Maria 50% E. Bortolin 100% A. Faucitano 30% Bartolotta Antonio 50% C. De Angelis 100% D. Dondi 50% Basile Salvatore 50% V. De Coste 100% D'oca Maria Cristina 50% S.Onori 20% Della Monaca Sara 50% S. La Civita 100% Marrale Maurizio 80% D. Viscomi 100% Tranchina Luigi 40% T.E.=6.2 T.E.=1.5 T.E.=3.7 Il tempo è calcolato in relazione alla partecipazione ad altri progetti INFN Collaborazioni esterne: IRSN- Fontanays-aux-rose (Fr)

31 Preventivo di spesa 2009 Struttur a CT ISS PV TOTALI interno ester o consumo TOTALI Missioni: Int: visite tra partners (CT, RM, PV) Est: visite all IRSN (CT, RM) Consumo: EPR (CT, RM, PV) Reagenti e spin trap: Vetreria EPR: 500 Euro 3 keuro (300 Euro a tubo) Luminescenza (CT, RM) Reagenti e filtri preparazione campioni: 1000 Euro Portacampioni TL: 300 Euro Portacampioni OSL: 300 Euro Planchet: 1500 Euro Reagenti per altre tecniche analitiche e spettroscopiche (AAS, MS, LIBS, IR)

32 Preventivo di spesa globale Preventivo di spesa globale progetto: 117 keuro Capitolo Descrizione spesa Totale Interno Riunioni con partner progetto Estero Riunioni IRSN Consum o Materiale preparazione campioni EPR/OSL/TL/SEM Porta-campioni EPR/OSL/TL/SEM Totale