gROS – Monte-Carlo-GPU-Modellierung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) während der FLASH-Strahlentherapie

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Kilian-Simon Baumann; Professor Joao Seco, Ph.D.; Privatdozentin Dr. Ulrike Theiß
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550953943

Die Anwendung von ultrahohen Dosisleistungen (>40 Gy/s) oder FLASH Strahlentherapie (FLASH-RT) hat in den letzten Jahren stark an Interesse den letzten Jahren im Vergleich zur konv-RT (mit 2 Gy/min) stark an Interesse gewonnen. mehr als 50 % geringere Toxizität im gesunden Lungengewebe von Mäusen. Trotz der umfangreichen Entwicklung von Monte-Carlo (MC)-Codes für FLASH-RT haben die Codes Schwierigkeiten, die chemischen Auswirkungen der verschiedenen Pulsstrukturen zu modellieren. Die Monte-Carlo-Codes waren nicht in der Lage zu erklären, warum die H2O2-Ausbeute bei FLASH-Strahlen geringer ist als bei conv-RT-Strahlen in reinem Wasser ist. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung gROS zu entwickeln und anzupassen, ein neues MC-Tool, das die Produktion und Diffusion von ROS für verschiedene Dosisleistungen und Pulsstrukturen der Strahlungsdosis simulieren kann. Das gROS-MC-Tool wird validiert durch Messungen in Wasser (H2O) von ROS, H2O2 und O2-Verbrauch für die für die verschiedenen Pulsstrukturen und Dosisleistungen. Das gROS Monte Carlo wird in der Einrichtung des Marburger Ionenstrahl-Therapiezentrums (MIT) für verschiedene Zelltypen (Krebs und gesunde Zellen) und für Teilchen: Elektronen, Protonen und Kohlenstoff-Ionen. Die Hauptziele sind (1) die Entwicklung eines gROS Monte-Carlo-Tool zu entwickeln, das die Produktion und Diffusion von ROS und H2O2 für verschiedene niedrige (conv-RT) und ultrahohe Dosisraten (FLASHRT) Dosisleistung, für verschiedene Pulsstrukturen und unterschiedliche Konzentrationen im Medium; (2) Validierung des gROS Monte Carlo-Werkzeugs anhand von Messungen des O2-Verbrauchs und der H2O2 (ROS)-Produktion für verschiedene Pulsstrukturen und bei unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen im Medium; (3) Bewertung der gROS Abschätzung von ROS (H2O2) und O2-Verbrauch durch die Strahlung in einem in-vitro 2D-Modell von Krebs- und gesunden Zellen, die mit Elektronen, Protonen und Kohlenstoff-Ionen bestrahlt wurden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen