Characterization of a wall-less Tissue Equivalent Proportional Counter for microdosimetry of irradiated biological samples

The development of new therapies to treat neurodegenerative diseases is one of the fastest growing areas of biomedical research. One possible candidate therapy that fits perfectly into this context is Boron Neutron Capture Therapy (BNCT). It uses the capture nuclear reaction induced by thermal neutrons on 10B to release particles capable of damaging the aggregates of proteins that are formed in advanced stages of diseases such as Alzheimer. The study at microscopic level of the energy deposition of secondary emitted particles could play a fundamental role for the development of new kind of treatments. Microdosimetry describes the statistical fluctuations of energy deposited in micrometric structures. Instruments used in microdosimetry to measure the effects of ionizing particles on tissues are called Tissue Equivalent Proportional Counters (TEPC). TEPC detectors are able to simulate micrometric tissue volumes and evaluate energy deposition events that occur within them. The purpose of this thesis is to characterize a particular type of TEPC with the aim of using it to perform measurements on biological samples. The results obtained are analyzed and compared with other models of the same detector. In the end, the first measurements made by the TEPC exposed to a thermal neutron beam are compared with Monte Carlo simulations. This work has been carried out in the framework of NECTAR, a project funded by the FET-OPEN call (Grant agreement N° 964934). The aim of the project is to study a treatment for Alzheimer disease based on BNCT.

Lo sviluppo di nuove terapie per combattere le malattie neurodegenerative è uno dei settori più in crescita in ambito della ricerca biomedicale. Un potenziale candidato che si inserisce perfettamente in questo contesto è l’approccio basato sulla Boron Neutron Capture Therapy (BNCT). Essa sfrutta la reazione nucleare di cattura indotta dai neutroni termici sul 10B per emettere particelle in grado di danneggiare gli aggregati di proteine che si formano negli stadi avanzati delle malattie come l’Alzheimer. Lo studio a livello microscopico della deposizione di energia di particelle secondarie emesse potrebbe svolgere un ruolo fondamentale per lo sviluppo di nuovi tipi di trattamento. La microdosimetria descrive le fluttuazioni statistiche della deposizione di energia in strutture micrometriche. Gli strumenti utilizzati in microdosimetria per misurare gli effetti provocati sui tessuti dalle particelle ionizzanti sono detti Tissue Equivalent Proportional Counters (TEPC). I TEPC sono detector in grado di simulare volumi di tessuto micrometrici e valutare i fenomeni di ionizzazione che avvengono all’interno. Lo scopo di questa tesi è caratterizzare un particolare tipo di TEPC con lo scopo di utilizzarla per fare misure su campioni biologici. I risultati ottenuti sono stati analizzati e confrontati con altri modelli dello stesso detector. Infine le prime misurazioni fatte dalla TEPC, esposta a un fascio di neutroni termici, sono state messe a confronto con simulazioni Monte Carlo. Questo lavoro di tesi è stato sviluppato all’interno di NECTAR, progetto europeo della call FET-OPEN (Grant Agreement N°964934). L’obiettivo del progetto è studiare una terapia per trattare l’Alzheimer basata sulla BNCT.