Esperimento Struttura Flag Resp. Naz. VADONI MILANO 1 … · 2002. 7. 31. · PREVENTIVO LOCALE DI...

VADONI

Esperimento Struttura Flag Resp. Naz.

VADONI MILANO 1

VADONI SANITA

EC4 ricalcolato

Allegato 1

http://preventivi1.infn.it:591/preventivi_2003/FMPro?-db=...p_naz_flag&-sortorder=descend&-sortfield=struttura&-find= [31/07/2002 10.27.10]

Ricercatoreresponsabile locale:

MILANO

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE

Preventivo per l'anno 2003

Struttura

(a cura del rappresentante nazionale)

Radioprotezione - Dosimetria Interna.

Dipartimento di Fisica dell'Università di MilanoLaboratorio Luminescenza Milano Bicocca

Ciclotrone medicale PET Trace (General Electric) presso Ospedale Maggiore di MilanoIRCCS.

p - 15 MeV

Misure di attivazione nucleare, luminescenza termicamente e otticamente stimolata,dosimetria a stato solido.

Rivelatori gamma HPGe, sistemi di misura TL e OSL.

Milano, Roma

ENEA-IRP, BolognaServizio di Medicina Nucleare, Ospedale Maggiore di Milano IRCCSIstituto di Radioprotezione del GSF, Monaco di Baviera

2 anni

Linea di ricerca

Laboratorio ovesi raccolgono i dati

Acceleratore usato

Fascio(sigla e caratteristiche)

Processo fisico studiato

Apparato strumentale utilizzato

Sezioni partecipanti all'esperimento

Istituzioni esterneall'Ente partecipanti

Durata esperimento

Mod. EN. 1

P R O G R A M M A D I R I C E R C A

A) I N F O R M A Z I O N I G E N E R A L I

B) S C A L A D E I T E M P I : piano di svolgimento

PERIODO ATTIVITA’ PREVISTA

1° semestre 2003

2° semestre 2003

2004

Progettazione stazione di irraggiamento su linea ciclotrone medicale PET Trace GEinstallato presso Ospedale Maggiore di Milano. / Analisi delle informazioni disponibili suimodelli biocinetici e applicazione di tecniche di sensibilita'. / Ottimizzazione dellaapplicazione di dosimetri ad Al2O3 per rivelazione di radiazione beta in denti.</FONT>Costruzione stazione di irraggiamento su linea ciclotrone medicale PET Trace GEinstallato presso Ospedale Maggiore di Milano.Set-up della strumentazione per misure OSL in singolo grano.Programmazione studi biocinetici su volontari con isotopi stabili.</FONT>

Installazione laboratorio spettrometria gamma per misure campioni biologici attivati.Determinazione incorporazione radionuclidi beta-emittenti nel dente.Misure di distribuzione spaziale nei campioni di dente a disposizione.Modellizzazione della cinetica e dell'assorbimento dei radionuclidi di interesse.

Nuovo Esperimento GruppoVADONI 5

M.C. Cantone

Milano

Inc. di ass. scientificaM.C. Cantone

[email protected]:

RappresentanteNazionale:

Struttura diappartenenza:

[email protected]:

Posizionenell'I.N.F.N.:

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L’ANNO 2003In kEuro

(a cura del responsabile locale)Mod. EN. 2

MILANO



Struttura


Resp. loc.: M.C. Cantone

VOCIDI

SPESA

DESCRIZIONE DELLA SPESA

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

Totale

Sistema posizionamento campioni per apparato OSL singolo grano

Incontri coi partner per misure comuni/analisi dati

Riparazione rivelatore HPGe

Missioni presso GSF Monaco per esperimenti comuni

Note:

Convegni -Seminari

Materiale e accessori per stazione di irraggiamento

IMPORTI

ParzialiTotale

Compet.

A cura del la Comm.ne Scient i f ica Nazionale

3,0

18,0

4,0

3,0

8,0

18,0

33,0

2,0

3,0

2,0

5,0

Sono previsti interventi di edilizia e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni?Breve descrizione dell'intervento:

(a cura del responsabile locale)All. Mod. EN. 2

MILANO



Struttura

ALLEGATO MODELLO EN 2

Missioni presso l'Istituto di Radioprotezione del GSF di Monaco:Le missioni sono giustificate dal fatto che sia gli studi di biocinetica con isotopi stabili,sia le misure TL e OSL sono condotte in stretta collaborazione con l'Istituto diRadioprotezione del GSF di Monaco di Baviera (Dr. P. Roth, Dr. H.Y.Goeksu)

Riparazione rivelatore:Il rivelatore HPGe in questione, che fa parte di una serie di 3 rivelatori al germanioiperpuro gia' a nostra disposizione (acquisiti su precedenti fondi INFN) e fino ad orautilizzati per misure di spettrometria gamma presso il Paul Scherrer Institut di Villigen,necessita di un intervento di ripristino vuoto nel criostato.

Stazione di irraggiamento:Il materiale e gli accessori che si richiedono per la stazione di irraggiamento riguardano lagestione ed il controllo della movimentazione del piatto rotante portacampioni e dellaestrazione automatica dei campioni. Per la connessione con il canale di fascio e con ilsistema di raffreddamento dei target vanno necessariamente utilizzati pezzi standard prodottidalla GE, per l'acquisto dei quali sono gia' disponibili fondi FIRST dell'Universita' diMilano.

Sistema posizionamento campioni:La strumentazione base per misure di OSL e' gia' stata acquistata su altri fondi. Ai finidello svolgimento di misure su singolo grano, per determinare la distribuzione spaziale delladose assorbita, e' necessario dotare lo strumento di un apposito sistema dimicroposizionamento.



In kEuro

Mod. EN. 3

Note:

PREVISIONE DI SPESA: PIANO FINANZIARIO LOCALE

PER GLI ANNI DELLA DURATA DEL PROGETTO

(a cura del responsabile locale)

Osservazioni del Direttore della Struttura in merito alladisponibilità di personale e di attrezzature:



MILANO

Struttura


Miss. interno

Miss. estero

Mater. di cons.

Trasp.eFacch.

SpeseCalcolo

Affitti emanut.appar.

Mat.inventar.

Costruz.apparati

TOTALECompetenza

4,0 3,0 8,0 18,0 33,0

TOTALI 6,0 14,0 29,0 57,0

ANNIFINANZIARI

2003

8,0

4,0 3,0 6,0 11,0 24,02004

In kEuro

Mod. EN. 4

Note:

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa




MILANO

Struttura


Miss. interno

Miss. estero

Materialedi

cons.

Trasp.eFacch.

SpeseCalcolo


Mat.inventar.

Costruz.apparati

TOTALECompetenza

6,0 6,0 20,0 18,0 50,0

TOTALI 12,0 12,0 29,0 29,0 82,0

ANNIFINANZIARI

2003

6,0 6,0 9,0 11,0 32,02004


PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO

VADONIVAlutazione della DOse Naturale e da Incidente

Scopo e organizzazioneIl progetto nasce dalla necessità di sviluppare, ottimizzare e applicare tecniche sia sperimentali che di modellizzazione chepermettano di ottenere informazioni fino ad ora non disponibili e indispensabili per una affidabile dosimetria interna a seguito diingestione di radiocontaminanti. La dose interna è infatti una grandezza che non può essere misurata direttamente, e deveessere stimata sulla base di una serie di modelli, la cui validità dipende dalla qualità e dalla quantità delle informazioni di base adisposizione.L'organizzazione del progetto mette assieme gruppi che i) hanno consolidate esperienze in campo dosimetrico impiegandoapprocci complementari fra loro; ii) forniscono gia' il loro contributo in ambito di ricerca europea alla problematica dosimetrica;iii) sono motivati alla collaborazione in questo progetto non esclusivamente in funzione degli obiettivi specifici da sviluppare maanche in prospettiva di un arricchimento reciproco delle rispettive competenze e di una crescita in campi collaterali alla loroattività.Ogni sede ha obiettivi specifici nell'ambito di sviluppo di tecniche sperimentali e/o di modellizzazione, in particolare: tecnicheEPR a Roma, attivazione nucleare, TL, OSL a Milano, e (in collaborazione con l'Istituto di Radioprotezione dell'ENEA diBologna) tecniche di modellizzazione compartimentale e di analisi di sensibilità.Il progetto si inquadra in un discorso di ecological risk assessment ed ha come scopo generale quello di portare un contributo alcomplesso problema della valutazione della dose assorbita da membri della popolazione a seguito di dispersione di COPC(contaminants of potential concern) da sorgenti naturali e sorgenti antropogeniche.La messa a punto di tecniche indipendenti e complementari, validate e comparate tra di loro, sia di misura che di analisi dati,rendendo piu' realistiche ed affidabili le valutazioni dosimetriche, permette:i) una più dettagliata comprensione dei meccanismi di trasferimento a seguito di ingestione,ii) una riduzione delle incertezze nella definizione dei livelli di riferimento e quindi nei processi di decisione su eventuali azionida intraprendere.I radioisotopi di interesse in questa proposta sono:-situazione a seguito di incidente: Mo-99, Ru-103, Ru-106, Zr-95, Pu-239.-situazione cronica di esposizione natU, natTh.

Introduzione e stato dell'arte.La radioprotezione della popolazione storicamente si basa sull'estrapolazione dei criteri sviluppati per la protezione deilavoratori operando una riduzione in peso di fattori e coefficienti generalmente ricavati per condizioni di esposizione diverse daquelle attese per la popolazione. Si configura invece sempre più come una richiesta socioeconomica la necessità di unapproccio più realistico che tenga conto di un quadro completo di trasferimento ambiente-uomo, per quel che riguarda il rischioradiologico, e quindi che tenga conto, ad esempio, di percorsi e potenziali fattori di bioaccumulo nell'organismo ed eventualepersistenza di contaminanti nel cibo che sono il risultato di processi biologici e chimici.La scarsità di dati riferiti alla popolazione sia per una esposizione di tipo cronico in relazione a radionuclidi naturalenell'ambiente ( e quindi nelle acque, aria, cibo) che di tipo acuto a seguito di esposizioni accidentali è il principale ostacolo versouna nuova impostazione della radioprotezione della popolazione nel quadro anche di una generale protezione della popolazioneda agenti contaminanti.Risulta essenziale poter disporre di tecniche indipendenti che consentano la raccolta di nuovi dati mediante analisi in campionibiologici e ambientali diversi fornendo risultati complementari per una migliore comprensione dei processi coinvolti. Misure diluminescenza e di spettroscopia EPR nelle diverse componenti del dente, studi di biocinetica con isotopi stabili rilevati contecniche di attivazione nucleare e spettrometria di massa in fluidi biologici, unitamente ad approcci modellistici per la descrizionedei processi in gioco e l'interpretazione e la comprensione dei risultati delle misure, sono gli strumenti che si intendonoimpiegare nel progetto qui proposto.



MILANO

Struttura

Mod. EN. 5

(a cura del rappresentante nazionale)Pag. 1


PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO

Materiali e Metodi.

Il progetto comprende aspetti sia sperimentali sia di modellizzazione.Fra tutti gli elementi di interesse in campo radioprotezionistico e che compaiono come potenziali contaminanti di origine naturaleo artificiale, verranno presi in considerazione Mo, Zr, Ru, Pu, U, Th, scelti sulla base di uno screening in cui si è tenuto contodelle potenzialità delle tecniche di analisi che sono bagaglio dei gruppi partecipanti rispetto alle caratteristiche fisiche degliisotopi di interesse, rispetto al tipo e al numero di campioni ambientali e organici che è possibile raccogliere a disposizioneacessibili e ancora rispetto ai percorsi metabolici prevedibili in prima istanza.Le tecniche sperimentali che sono previste per lo svolgimento progetto sono:1) attivazione nucleare con particelle cariche (CPAA), che consente la determinazione quantitativa di singoli isotopi in campionibiologici (sangue, plasma, urine), e si presta all'applicazione a studi biocinetici sull'uomo effettuati con isotopi stabili deglielementi d'interesse (in collaborazione con l'istituto di radioprotezione del GSF di Monaco). I risultati di questi studi permettonola validazione delle ipotesi alla base dei modelli biocinetici attualmente utilizzati nella radioprotezione e forniscono leinformazioni primarie per una loro revisione, quando necessaria.2) termoluminescenza (TL) e luminescenza stimolata otticamente (OSL), che consentono la misura della luminescenza emessada campioni ambientali, organici (per determinare la dose ricevuta da questi campioni) sia da dosimetri (Al2O3) esposti alleradiazioni emesse dai campioni stessi (per determinare l'incorporazione nei campioni dei contaminanti radioattivi, e stimarne ilcontributo alla dose tosale), e vengono impiegate per determinare l'uptake di radionuclidi naturali o antropogenici nel dente.3) risonanza paramagnetica elettronica (EPR), che consente una misura di concentrazione di radicali liberi prodotti a seguito diirradiazione nei diversi tessuti componenti del dente, è utilizzata per una valutazione di dose ricevuta dal dente sia da sorgentiesterne che interne. Le tecniche EPR, TL e OSL combinate permettono di stimare la dose locale e di discriminarne lacomponente endogena da quella esogena fornendo cosi' informazioni di base su intake e uptake per implementazione delmodello biocinetico di ingestione.In questo progetto l'attività di modellizzazione, la cui funzione e' essenziale nel processo di stima della dose interna, che nonpuò essere misurata direttamente, non solo rappresenta l'irrinunciabile legante per le diverse parti sperimentali ai fini delladescrizione, interpretazione e correlazione dei risultati delle misure condotte, ma ancor piu' risulta l'ispiratore delle strategie diconduzione delle misure, in particolare con un significativo impatto sul livello di qualità dei risultati attesi, grazie all'applicazionedi tecniche di analisi di sensibilità, finora scarsamente impiegate nella dosimetria interna.Per questa attività ci si avvale del contributo del gruppo di Dosimetria Interna dell'Istituto di Radioprotezione dell'Enea diBologna (Dr. C.M.Castellani, Dr. A.Luciani).



MILANO

Struttura

Mod. EN. 5

(a cura del rappresentante nazionale)Pag. 2

Cognome e Nome

Qualifica

Dipendenti Incarichi

Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc.

Affer. al

Gruppo

Numero totale dei Ricercatori

Codice EsperimentoVADONI

Gruppo

MILANO

5



Struttura

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

RICERCATORI

Cognome e Nome

Qualifica


Ruolo Art. 23 Ass. Tecnol.

TECNOLOGI

N N

6,0

2,7Ricercatori Full Time Equivalent

Numero totale dei TecnologiTecnologi Full Time Equivalent

Cognome e Nome

Qualifica


Ruolo Art. 15 Collab.tecnica

Assoc.tecnica

TECNICI

N

Numero totale dei Tecnici

Tecnici Full Time Equivalent

Cantone Marie Claire 605R.U.1

Giussani Augusto 605R.U.2

Martini Marco 205P.A.3

Montanari Cinzia 305Bors.4

Sibilia Emanuela 205R.U.5

Veronese Ivan 805Dott.6

(a cura del responsabile locale)Mod. EC/EN 7



Gruppo

MILANO

5



Struttura

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA (a cura del responsabile locale)

SERVIZI TECNICI Annotazioni:

Mod. EC/EN 8

Denominazione mesi-uomo


Data completamento

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2003 (a cura del responsabile nazionale)

30/06/2003 Ottimizzazione tecniche di luminescenza per misura dose beta in campioni biologici con dosimetri Al2O3 (denti).

31/08/2003 Analisi di sensibilità dei modelli biocinetici di Mo, Ru, Zr attualmente disponibili.

31/10/2003 Ottimizzazione tecniche EPR per misura dose in dente.

31/10/2003 Stesura protocolli per studi biocinetici con isotopi stabili.

Descrizione

31/12/2003 Installazione stazione irraggiamento presso ciclotrone medicale GE - Policlinico di Milano

Resp. Naz.: M.C. Cantone

Ricercatoreresponsabile locale:

Gr. coll. SANITA'



Struttura ROMA I


Interdisciplinare - Radioprotezione - Dosimetria interna

ISS, Bicocca

60Co, 239Pu

Induzione di radicali liberi

Spettrometro EPR

Gr. Coll. di Sanità, Milano

ENEA-IRP BolognaGSF-Istituto di Radioprotezione (Monaco-CERN)

2 anni

Linea di ricerca

Laboratorio ovesi raccolgono i dati

Acceleratore usato

Fascio(sigla e caratteristiche)

Processo fisico studiato

Apparato strumentale utilizzato

Sezioni partecipanti all'esperimento

Istituzioni esterneall'Ente partecipanti

Durata esperimento

Mod. EN. 1

P R O G R A M M A D I R I C E R C A

A) I N F O R M A Z I O N I G E N E R A L I

B) S C A L A D E I T E M P I : piano di svolgimento

PERIODO ATTIVITA’ PREVISTA

2003

2004

- Messa a punto del metodo di misura di radicali liberi radioindotti in tessuti dentali.

- Analisi della sensibilità relativa alle radiazioni dei tre tessuti minerali del dente (smalto,dentina, cemento)- Misura della dose assorbita in campioni dentali di lavoratori dell’impianto Mayak (Uralidel Sud, Russia) esposti a contaminazione interna da 239Pu.


Maria C. Cantone

Milano

Inc. di AssociazionePaola Fattibene

[email protected]:

RappresentanteNazionale:

Struttura diappartenenza:

[email protected]:

Posizionenell'I.N.F.N.:

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L’ANNO 2003In kEuro

(a cura del responsabile locale)Mod. EN. 2

Gr. coll. SANITA'



Struttura ROMA I


Resp. loc.: Paola Fattibene

VOCIDI

SPESA

DESCRIZIONE DELLA SPESA

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

Totale

Incontri con i partner per misure comuni/analisi dati

Cavità EPR ad alta sensibilità

Missioni presso GSF per esperimenti comuni

Note:

(3 riunioni x 2 persone) - (vedi all. EC2)

Tubi quarzo EPR

(2 missioni x 1 persona) - (vedi all. EC2)

(vedi all. EC2)

IMPORTI

ParzialiTotale

Compet.

A cura del la Comm.ne Scient i f ica Nazionale

10,0

2,0

3,0

12,0

17,0

2,0

3,0

2,0

Sono previsti interventi di edilizia e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni?Breve descrizione dell'intervento:

(a cura del responsabile locale)All. Mod. EN. 2

Gr. coll. SANITA'



Struttura ROMA I

ALLEGATO MODELLO EN 2

Missioni interne:Le missioni sono giustificate dalla necessità di incontrare sia i partner del progetto, che il gruppo dell’IRP dell’ENEA-Bologna.

Missioni presso l’Istituto di Radioprotezione del GSF di Monaco:Il GSF è uno dei gruppi leader nella radioprotezione e nella dosimetria retrospettiva. Tutti i gruppi coinvolti nella presenteproposta di progetto sono da anni in collaborazione con il GSF. Si ritiene pertanto importante mantenere tali collaborazionianche all’interno di questo progetto. Nel caso particolare dell’attività del Gruppo Collegato Sanità la collaborazione è anchemotivata dalla necessità di programmare lo scambio e le misure di campioni di denti di lavoratori dell’impianto Mayak (A.Wieser).

Acquisto di una cavità EPR ad alta sensibilità:Presso l'ISS si sta mettendo a punto la tecnica di misura di dose assorbita per esposizione esterna nello smalto dentale. Lemisure previste di dose da contaminazione interna richiedono di misurare la concentrazione di radicali liberi anche in altri tessutidentali caratterizzati da una sensibilità alle radiaizoni piu' bassa di quella dello smalto. Si configura quindi la necessità diutilizzare una cavità EPR a microonde ad alta sensibilità per la misura EPR di questi tessuti.



In kEuro

Mod. EN. 3

Note:

PREVISIONE DI SPESA: PIANO FINANZIARIO LOCALE

PER GLI ANNI DELLA DURATA DEL PROGETTO

(a cura del responsabile locale)

Osservazioni del Direttore della Struttura in merito alladisponibilità di personale e di attrezzature:



Gr. coll. SANITA'

Struttura ROMA I



Miss. interno

Miss. estero

Mater. di cons.

Trasp.eFacch.

SpeseCalcolo


Mat.inventar.

Costruz.apparati

TOTALECompetenza

2,0 3,0 12,0 17,0

TOTALI 6,0 15,0 25,0

ANNIFINANZIARI

2003

4,0

2,0 3,0 3,0 8,02004

Cognome e Nome

Qualifica


Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc.

Affer. al

Gruppo

Numero totale dei Ricercatori


Gruppo

Gr. coll. SANITA'

5



Struttura ROMA I

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

RICERCATORI

Cognome e Nome

Qualifica


Ruolo Art. 23 Ass. Tecnol.

TECNOLOGI

N N

4,0

2,2Ricercatori Full Time Equivalent

Numero totale dei TecnologiTecnologi Full Time Equivalent

Cognome e Nome

Qualifica


Ruolo Art. 15 Collab.tecnica

Assoc.tecnica

TECNICI

N

Numero totale dei Tecnici 2,0

1,0Tecnici Full Time Equivalent

De Angelis Cinzia 205Ric1

Fattibene Paola 805Ric2

Mollica Paola 1005Dott.3

Onori Sandro 205D.R.4

De Coste Vanessa 50ISS1

Petetti Erminio 50ISS2




Gruppo

Gr. coll. SANITA'

5



Struttura ROMA I

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA (cont.)

SERVIZI TECNICI Annotazioni:


Denominazione mesi-uomo


Missioni interno

Missioni estero

Mater.di

Cons.

Tras. eFac.

SpeseCalc

Aff. eManut. App.

Mater.invent.

Costruz.apparati TOTALE

Pub.Scien.

SpesSem

Invitiospitistran.ESPERIM.

Esperimento gruppo Rappresentante nazionale Struttura res_naz

VADONI 5 M.C. Cantone Milano nuovonuovo_continua

Ricercatori

FTE

Personale

Tecnologi

FTE

Tecnici

FTEServizi mesi uomo

Rapporti (FTE/numero) Ricercatori Ricercatori+Tecnologi0,55 0,55

4,0

2,2

2,0

1,0

2 3 12 17VADONI

di cui sj

2 3 12 17

di cui sj

Totali

Richieste/(FTE ricercatori+tecnologi) 7,73

Ricercatori

FTE

Personale

Tecnologi

FTE

Tecnici

FTEServizi mesi uomo

Rapporti (FTE/numero) Ricercatori Ricercatori+Tecnologi0,45 0,45

6,0

2,7

4 3 8 18 33VADONI

di cui sj

4 3 8 18 33

di cui sj

Totali

Richieste/(FTE ricercatori+tecnologi) 12,22

6 6 20 18 50Totali

di cui sj

Mod. EC4 dati

6,0 6,0 20,0 18,0 50,0Totali-Dati EC4

TOTALI

Confronto con il modello EC4

Ricercatori 10,0

4,9FTE

Personale Tecnologi

FTE

Tecnici 2,0

1,0FTEServizi mesi uomo

0,49 0,49Rapporti (FTE/numero) Ricercatori Ricercatori+Tecnologi Richieste/(FTE ricercatori+tecnologi) 10,20

ALLEGATO A PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO : VADONI

Come brevemente indicato nel modulo EN.5 il progetto proposto prevede lo sviluppo di tecnichesperimentali (attivazione nucleare CPAA, TL, OSL, EPR) e di modellizzazione (modellicompartimentali, analisi di sensibilità). In questo allegato l’applicazione delle singole tecniche agliscopi del progetto verrà illustrata in maggior dettaglio.

Attività connessa alla tecnica CPAA

La metodologia atta ad effettuare studi biocinetici condotti con isotopi stabili, utilizzati cometraccianti in sostituzione di isotopi radioattivi, è stata messa a punto per alcuni elementi di interesseradioprotezionistico (Fe, Mo, Te, Zr, Ru, Gd)1-6) da parte del gruppo milanese in collaborazione conl’Istituto di Radioprotezione del GSF di Monaco. In particolare nell’ambito di precedentiesperimenti INFN la tecnica di attivazione nucleare con particelle cariche è stata sviluppata edapplicata per studi condotti su volontari sani utilizzando il fascio del Ciclotrone MC40 di Ispra esuccessivamente il Philips Cyclotron del PSI di Villigen 7-10). In linea generale lo studio biocineticoconsiste nella somministrazione per via orale di un isotopo stabile dell’elemento in esame che èaccompagnata da un’iniezione direttamente in vena di un secondo isotopo stabile dello stessoelemento. La determinazione delle concentrazioni dei traccianti in campioni di plasma sanguignoprelevati ad intervalli di tempo crescenti e in campioni di urine (effettuate con CPAA ma anche oveconveniente con ICPMS e TIMS) costituisce la base per la valutazione dei parametri biocinetici chedescrivono i processi di distribuzione e trasferimento all’interno del corpo, nel caso particolare quitrattato il passaggio attraverso il tratto G. I. e l’eliminazione renale.

L’utilizzo di isotopi stabili si presenta come una tecnica accettabile da un punto di vista etico perripetuti studi su membri sani della popolazione.

In questo esperimento, si intende procedere alla progettazione e costruzione di una stazioned’irraggiamento per l’attivazione di campioni biologici da installare sulla linea di fascio delciclotrone medicale PET TRACE della General Electrics che si trova presso Servizio di MedicinaNucleare dell’Ospedale Maggiore di Milano.

In generale sembra proficuo poter avvantaggiarsi, per scopi di ricerca, di risorse già disponibili sulterritorio. Come in questo caso, infatti, il ciclotrone ospedaliero per la produzione di radionuclidiutilizzati nella tecnica PET ha caratteristiche di energia e corrente adeguate per lo scopoindividuato, e può quindi essere utilizzato per l’irraggiamento di campioni biologici quando non èprevista la produzione primaria. Inoltre il campo di applicazione specifico della ricerca, quellodella radioprotezione, ha ricadute di interesse anche ospedaliero, il che contribuisce a portare avantila collaborazione in corso.

La stazione viene progettata sulla base delle due precedenti (installate a Ispra e Villigen) e prevedeessenzialmente un disco rotante portacampioni con caratteristiche adeguate al montaggio,contenimento e smontaggio di campioni biologici, munito di sistema di raffreddamento, controlloposizionamento, movimentazione e sistema estrazione campioni. E’ previsto che il sistema dicontrollo della movimentazione e dei parametri d’irraggiamento venga gestito mediante Labview.

Le parti di connessione alla linea di fascio ed al circuito di raffreddamento sono necessariamentecomponenti standard che verranno acquistate dalla GE su fondi FIRST. La ditta che ha dimostratoun generico interesse al progetto, ha dato la sua disponibilità a collaborare in fase di progettazione einstallazione della camera.

Nel secondo anno previsto per l’esperimento verranno condotte le misure sperimentali sempre incollaborazione con GSF di Monaco11,12) volte a raccogliere informazioni riguardanti

l’incorporazione, l’assorbimento e la cinetica dei radionuclidi di interesse radioprotezionistico,siano essi di origine naturale o prodotti e rilasciati nell’ambiente a seguito di attività umane.

Attività connessa a tecniche di luminescenza

Molti materiali sia artificiali che naturali hanno la proprietà di immagazzinare l’informazione sulladose assorbita a seguito di irraggiamento da parte di radiazione ionizzante, sotto forma di elettroniintrappolati in livelli energetici corrispondenti a transizioni proibite. A seguito di un’opportunastimolazione (ottica e/o termica) è possibile favorire la ricombinazione elettroni/vacanze; durantequesto processo viene emessa radiazione luminosa, la cui intensità risulta essere proporzionale alladose assorbita dal materiale 13-14).

Due sono i principali campi di applicazione dove vengono sfruttate queste proprietà. Il primo è ladosimetria retrospettiva, dove si utilizzano materiali come mattoni, vasi, isolanti in porcellana,ceramiche, etc., di cui è nota la data di produzione per la ricostruzione della dose assorbita a seguitodi fall-out radioattivi su vasta scala. Il secondo è la datazione con luminescenza di manufattiarcheologici, nella quale si determina l’età archeologica dell’oggetto a partire dalla misura delladose assorbita per effetto della radiazione ambientale, e del rateo di dose nel luogo dove il reperto èstato trovato 15-17).

Nell’ambito di questo progetto di ricerca si propone di sviluppare tecniche di luminescenzastimolata otticamente (OSL) su singolo grano, da affiancare alle collaudate tecniche ditermoluminescenza (TL) al fine di applicarle a materiali, quali ad esempio sedimenti, perdeterminazioni di dosimetria retrospettiva in casi di incidente o di potenziale rischio ambientale.

In particolare l’attività prevede:

- Identificazione e caratterizzazione di nuovi materiali in termini di sensibilità, linearità eriproducibilità della risposta.

- Ottimizzazione del metodo e delle condizioni di misura in funzione del materiale luminescenteinvestigato.

- Sviluppo di modelli teorici atti alla descrizione ed interpretazione fisica delle proprietà e dellastruttura dei materiali.

- Applicazione a casi reali su campioni di particolare interesse nel settore della dosimetriaretrospettiva e delle datazioni

Negli studi di ricostruzione di dose, è di fondamentale importanza una accurata determinazione delrateo di dose ambientale al quale il campione investigato è stato esposto. Il recente sviluppo didosimetri luminescenti basati su Al2O3 ha aperto una nuova era nel campo della ricostruzione didose (ambientale o da incidente) dal momento che la sensibilità di questi materiali si è dimostrataessere 30-40 volte maggiore dei tradizionali dosimetri TL (TLD-100) basati su LiF. Dosimetri adAl2O3 sono attualmente utilizzati per la misura del rateo annuale di dose beta e gamma da materialinaturali, di interesse appunto nella dosimetria retrospettiva e in archeometria.

Tali dosimetri costituiscono anche degli ottimi candidati per misure di dosimetria beta nei dentiumani. I principali radionuclidi responsabili della dose beta nei denti sono il 40K e i vari nuclididelle catene di uranio e torio. Nell’ambito del progetto è quindi anche previsto:

- studio della geometria migliore per la determinazione della dose beta in denti umani utilizzandodosimetri ad Al2O3

- determinazione della variazione spaziale dei radionuclidi naturali nelle differenti parti del dente

- discriminazione dei contributi dei vari radionuclidi mediante altre tecniche fisiche (spettrometriagamma) o chimiche (misure con fotometro a fiamma).

Dai risultati di queste misure sarà possibile sia valutare le correlazioni tra dose beta assorbita neidenti e vari fattori, quali ad esempio la regione geografica del soggetto in esame e le abitudinialimentari, sia sviluppare modelli biocinetici atti a descrivere il metabolismo dei radionuclidi neidenti e nel tratto superiore del G.I. (tratto alimentare).

Attività connessa alla tecnica EPR

L’analisi EPR dei radicali liberi indotti nei tessuti minerali dei denti dalla radiazione ionizzante sista rivelando una delle metodiche più accurate e affidabili per la ricostruzione retrospettiva delladose individuale 18-19).

Il metodo è basato sulla misura, con spettroscopia di Risonanza Paramagnetica Elettronica (EPR),della concentrazione dei radicali liberi stabili indotti dalla radiazione ionizzante nei compartiminerali del dente (smalto, dentina e cemento). Questi tre tessuti sono composti da idrossiapatitecarbonata, acqua e materiale organico (principalmente proteine), in diverse percentuali relative.Inoltre sono caratterizzati da diversi gradi di metabolismo. La concentrazione di radicali liberi èproporzionale alla dose ricevuta fino ad almeno 20 Gy, per cui la misura EPR viene tarata in terminidi dose e il dente può essere utilizzato come dosimetro 20).

Una volta che la misura EPR è stata convertita in dose al dente (di scarsa rilevanzaradioprotezionistica), il passo successivo è la conversione in dose agli organi o in dose efficace.Questo aspetto, nonostante la sua importanza, è rimasto finora inesplorato. Richiede la conoscenzadella risposta del dente alla qualità della radiazione, dell’energia e dell’incidenza angolare dellaradiazione nel caso di esposizione esterna e della radioattività incorporata nel dente nel caso dellacontaminazione interna. La risposta del dente alla radiazione esterna può essere studiata abbastanzabene simulando l’irraggiamento in condizioni di laboratorio controllate, ad esempio utilizzandofantocci antropomorfi. Presso l’ISS sono in corso studi della risposta EPR del dente in funzionedella radiazione X, γ e neutronica, sia sperimentali, che con calcoli Monte Carlo, con fantoccigeometrici e antropomorfi 21-23). Al contrario, la risposta del dente alla contaminazione interna è diestremo interesse, per la similarità tra tessuti dentali e scheletali, ma è più difficile da valutare: unatale analisi deve essere effettuata su campioni di denti (estratti per ragioni mediche) provenienti daindividui che siano stati accidentalmente contaminati oppure che siano stati sottoposti a esami dimedicina nucleare con isotopi di radionuclidi di interesse anche per l’esposizione ambientale (peresempio 85Sr/89Sr).

In questo progetto la dosimetria EPR applicata a tessuti dentali varrà ottimizzata ed i risultatiutilizzati per la verifica di modelli di biocinetica di radionuclidi depositati nei tessuti ossei. Infatti,sia la dentina che lo smalto possono fornire informazioni circa la dose individuale, ma, grazie aldiverso metabolismo possono allo stesso tempo fornire informazioni circa la biocinetica. Lo smaltoha un turn-over minerale estremamente lento, in pratica trascurabile, e il danno indotto dallaradiazione è stabile. Al contrario, la dentina e il cemento sono tessuti cellulari, con un grado dimetabolismo e un accumulo di radionuclidi molto simile a quello dei comparti del tessuto osseo.

Il radionuclide studiato per eccellenza è lo 90Sr, la cui similarità al Ca rende il suo accumulo nelleossa molto efficace. Alcuni studi sono già in corso per la stima della dose da 90Sr accumulata neidenti, applicati in particolare alla vasta coorte di residenti lungo il Techa River, per cui lo Sr è statoil principale contaminante interno. Questi studi sono basati principalmente su misure di whole-bodycounter e su calcoli MonteCarlo della dose in dentina e in smalto assumendo una distribuzione

uniforme di 90Sr/90Y nella dentina. Sono del tutto assenti studi di cinetica per la deposizione dello90Sr nei comparti del dente.

Di particolare interesse invece è il plutonio, ad esempio per la stima di dose a lavoratori nuclearidella Mayak Production Association, si è stimato che più di 8000 lavoratori siano stati esposti alplutonio e è stata messa in evidenza un’incidenza di cancro alle ossa correlata con l’esposizione alplutonio. Per questa coorte in ISS sono stati condotti studi di stima di dose al dente per esposizioneesterna, ma non interna.

Per quanto sappiamo noi, non esistono in letteratura studi di confronto dell’assorbimento diradionuclidi in dente tra modelli biocinetici e metodi sperimentali (come per esempio EPR eluminescenza) per il plutonio.

Attività connessa alla modellizzazione

Il gruppo di Milano ha acquisito esperienza nell’analisi compartimentale dei dati sperimentaliraccolti mediante le tecniche descritte al primo punto di questo allegato24-26). In particolare il gruppoha sviluppato competenze nell’ambito teorico dei processi di modellizzazione (con particolareattenzione al problema dell’identificabilità a priori) e nelle procedure di minimizzazione.

Queste competenze sono state anche applicate in campo medico per sviluppare modelli biocineticirealistici per radionuclidi utilizzati sia a scopo diagnostico che terapeutico in medicina nucleare.

In questo progetto, l’attività di modellizzazione verrà condotta in stretta collaborazione con l'Istitutodi Radioprotezione dell'ENEA (Dr. A.Luciani, Dr. C.M. Castellani) che da tempo conduce unaattività di rilevanza europea nello studio ed utilizzo di modelli biocinetici al fine della valutazionedella dose interna. In particolare, negli ultimi anni l'attività di ricerca si è rivolta allo sviluppo dimodelli biocinetici che permettono una descrizione più realistica del metabolismo di elementitransuranici, in particolare per gli isotopi del Plutonio, rispetto ai modelli già disponibili27,28) inletteratura scientifica. I modelli sviluppati hanno permesso di valutare i vari osservabili (tipicamentel'escrezione urinaria) in maniera più aderente rispetto alle indicazioni sperimentali disponibili.

Nel quadro delle attività di sviluppo di modelli biocinetici sono state acquisite ed utilizzate varietecniche di analisi di sensibilità che attualmente sono applicate solo in minima parte alla dosimetriainterna, ma che già da tempo hanno trovato efficace impiego nella modellistica ambientale. Questetecniche permettono di identificare quei parametri del modello, e quindi quei processi fisiologici,che maggiormente determinano le previsioni del modello per un determinato output. Allo stessotempo le analisi di sensibilità sono state utilizzate come una procedura di screening dei parametriche devono essere considerati in eventuali e successive analisi dell'incertezza propria del modello,ossia della valutazione dell'incertezza associata all'output del modello quando vengono prese inconsiderazione le incertezze che caratterizzano i parametri stessi del modello.

Nell'ambito del presente progetto si prospetta come primo passo una ricerca bibliografica dellaletteratura scientifica attualmente già disponibile in relazione ai dati sperimentali ottenuti mediantele tecniche adottate (CPAA, EPR, TL e OSL) per i radionuclidi di interesse (isotopi dell'uranio,plutonio, zirconio, rutenio, molibdeno) nei diversi campioni biologici (dente, bioassay di urine eplasma sanguigno). Allo stesso tempo è prevista una ricerca dei modelli biocinetici attualmentedisponibili per il metabolismo dei vari radionuclidi di interesse nel corpo umano tenendo conto inparticolar modo delle informazioni già disponibili circa il trasferimento di attività dalle vie diintroduzione ai campioni biologici considerati (dente, urine, sangue, plasma) e quindi la suaritenzione.

Un'analisi critica della letteratura scientifica per i dati sperimentali permetterà di organizzare leinformazioni coerentemente in relazione al tipo di esposizione cui i dati prevalentemente siriferiscono (interna od esterna), all'accuratezza delle misurazioni, all'omogeneità del campione dellapopolazione analizzato, alle informazioni circa la distribuzione temporale e la via principale diintroduzione.

L'applicazione dell'analisi di sensibilità ai modelli biocinetici già disponibili permetterà difocalizzare la ricerca e lo studio sui parametri più significativi del modello in modo da pianificare lemisure previste nell'ambito del presente progetto in maniera più efficace ricercando quei dati ancorapoco disponibili ma che darebbero il massimo dell'informazione utile. Questo sarà in particolare ilcaso di campioni tipo urine, sangue e plasma per i quali esistono già dei modelli di escrezione eritenzione per i vari radionuclidi previsti nel presente progetto (isotopi dell'uranio, plutonio,zirconio, rutenio, molibdeno). Nel caso di misure su denti le limitate informazioni circa la cineticadi uranio e plutonio in tali campioni verrà ovviata in prima istanza mediante l'analisi delle possibilicorrelazioni fra i vari osservabili previsti dal modello (ad esempio attività in particolari organi etessuti del sistema scheletrico) e le concentrazioni dentali ottenute mediante le tecniche EPR, TL eOSL. Tale analisi verrà poi considerata per possibili ed ulteriori sviluppi quali ad esempio unamodellizzazione più fisiologicamente realistica che descriva il trasferimento dei radionuclidistudiati dalle vie di introduzione alle strutture del dente e quindi la ritenzione nel tempo, come giàda tempo effettuato per elementi con particolare affinità fisiologica al dente.

REFERENZE

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