New Perspectives in Nanodosimetry

The biological effectiveness of ionizing radiation is closely related to the number and spatial distribution of its initial interactions within critical subcellular structures of nanometric size, such as the DNA. The detailed analysis of this interaction pattern is the main aim of nanodosimetry, which is the study of the stochastics of radiation interactions at the nanometre scale. At the Legnaro National Laboratories of the Italian Institute of Nuclear Physics, the Startrack nanodosimetric counter is operative, which can measure the ionization yield in sensitive volumes of nanometric size. From these data, new track structure descriptors can be defined, which are measurable and directly correlated to given biological effects. This thesis aims at the development of new techniques and methodologies to be applied to the nanodosimetric analysis, in order to optimize the correlation between the physical description of track structure given by nanodosimetry and biological effects at cellular level, as a first step towards its application to radiation therapy and radiation protection.

L'efficacia biologica delle radiazioni ionizzanti è strettamente legata al numero e alla distribuzione spaziale delle interazioni iniziali all'interno di strutture sub-cellulari di dimensione nanometrica, ad esempio il DNA. L'analisi dettagliata di questo pattern di interazioni è l'obbiettivo principale della nanodosimetria, ovvero lo studio della stocastica di interazione della radiazione a livello del nanometro. Ai Laboratori Nazionali di Legnaro dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare è operativo il nanodosimetro di traccia "Startrack", in grado di misurare il numero di ionizzazioni prodotte in volumi sensibili di dimensione nanometrica. Da queste misure si possono derivare nuovi descrittori della struttura di traccia, osservabili sperimentalmente e direttamente correlati a determinati effetti biologici. Questa tesi si pone l'obbiettivo di sviluppare nuove tecniche e metodologie per l'analisi nanodosimetrica, con lo scopo di ottimizzare la correlazione tra la descrizione fisica della struttura di traccia e gli effetti biologici a livello cellulare, come primo passo verso l'applicazione della nanodosimetria in radioterapia e radioprotezione.