RADIOBIOLOGIE Michel FARIZON, IPNL, Oct.2004

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Radiobiologie, du génome à la cellule
Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3
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Pourquoi étudier laction des rayonnements dans
les systèmes biologiques? Identifier les
mécanismes et quantifier leur importance relative
aux différentes échelles de temps Cest
indispensable pour maîtriser laction des
rayonnements dans les systèmes biologiques, pour
établir des normes quant à lutilisation des
radiations et définir les risques dexposition.  
Un axe de recherche intrinsèquement
interdisciplinaire alliant physique, chimie et
biologie. Une thématique liée à des questions de
société (environnement, santé) Une source de
questions fondamentales pour les physiciens Un
champ dinvestigation ouvert à linnovation
technologique.
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Les thèmes de recherche.
 Lenjeu majeur est le renouvellement de la
radiobiologie provoqué par le développement de
lidentification systématique à léchelle
moléculaire des séquences de lADN dans les
différents constituants dun organisme
(génomique), et plus récemment, par les travaux
sur les interactions moléculaires qui
correspondent aux fonctions biologiques.
LIN2P3 contribue au dynamisme de lengagement
des physiciens dans ce domaine en développant, au
sein de quatre laboratoires, différents aspects
de la radiobiologie.
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Que se passe-t-il après limpact dun rayonnement
(X,g,ions,neutrons) sur une cellule?
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Caractériser et quantifier les agressions que
subit lADN sous laction des radiations (UV, X,
g, ions, neutrons)
Effets directs
Effets indirects
Action sur les molécules produisant des espèces
réactives qui attaquent lADN
Ionisation et excitation directe des molécules de
lADN lui-même
Caractériser et quantifier les interactions entre
molécules sous irradiation
Identifier des molécules inhibant (ou augmentant)
laction des radiations
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Un impact sur une cellule
peut aussi avoir des conséquences sur une cellule
voisine non atteinte directement par le
rayonnement
Caractériser et quantifier les interactions entre
cellules sous irradiation
Caractériser et quantifier laction dimpacts
dans le cytoplasme
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Les axes de recherche principaux sont 
Etude de la dynamique intermoléculaire sous
irradiation, de la production dions, délectrons
et de radicaux libres.
La recherche de molécules ou nano-objets qui
inhibent ou au contraire augmentent la
radiosensibilité.
Létude des lésions de l'ADN (lésions non ou mal
réparées) et des instabilités génomiques
radioinduites.
Létude de la sensibilité de certaines cibles
intra-cellulaires et des mécanismes de
signalisation cellulaire et intercellulaire après
irradiation
Ces recherches sont associées aux développements
théoriques (chimie quantique, physique
statistique, simulations) visant notamment à la
constitution de modèles microdosimétriques.
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Mise en œuvre de différents types de rayonnements
(ions, neutrons), différents modes dirradiations
(faisceaux pulsés, micro-faisceaux), à
différentes échelles dans la matière avec
lapproche cellulaire (irradiation de cellules en
culture ou in vivo) et lapproche moléculaire
(irradiation de molécules en phase gazeuse,
déposées sur un substrat ou dans un agrégat de
molécules deau).
Quatre dispositifs sont clairement identifiés
dans lIN2P3        La ligne microsonde du
CENBG (AIFIRA, Bordeaux).        La plate-forme
dirradiation par neutrons du LPC-Clermont.      
Le dispositif dirradiation dagrégats
biologiques de lIPN Lyon       Le pôle de
recherche sur la radiobiologie avec les ions
lourds du GANIL (LARIA) .
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La ligne microsonde AIFIRA du CENBG ( Bordeaux)
Irradiation ciblée de cellules pour létude de
lexposition à de faibles doses.
réponse de la population cellulaire effet de
proximité ( bystander) et phénomène de réponse
adaptative.
mécanismes intracellulaires signalisation de
lapoptose et étude de la sensibilité de
certaines cibles intra-cellulaires
Un volet modélisation est développé conjointement
aux développements expérimentaux (GEANT4)
Les protons ou les particules alphas de 2 à 3
MeV, sont délivrés un par un, avec résolution
spatiale étant inférieure à 5 µm. Lirradiation
ciblée est couplée à des techniques optiques de
suivi dune cellule unique.
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Dispositif dirradiation dagrégats de molécules
biologiques de lIPN Lyon
Lexpérience consiste à observer les conséquences
de limpact de protons rapides (pic de bragg) sur
des biomolecules déposées sur un agrégat deau
Etudier lémission dions, délectrons et de
radicaux lors de lirradiation dune biomolécule.
Etudier les interactions entre les biomolécules
et leau sous irradiation.
Valorisation pour les sciences analytiques.
Un spectromètre de masse couplé à une source de
proton est en cours de construction
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La plate-forme dirradiation par neutrons du
LPC-Clermont
Lobjectif spécifique est létude biologique et
physique des mécanismes de lhypersensibilité
cellulaire aux faibles doses de neutrons pour une
radiothérapie particulière (gliomes humains).
Etude des mécanismes de résistance tumorale aux
radiations ionisantes
Recherche de nouvelles modalités dirradiation
biologiquement plus efficaces avec lutilisation
de nanohybrides organo-minéraux (thérapie par
capture de neutrons)
Les irradiations sont réalisées avec le
générateur de neutron LPC-Clermont. Lanalyse des
résultats est associée au développement dun
programme de simulation Monte-Carlo des
interactions neutrons/cellule tumorales en
culture dans le cadre du code GEANT4.
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un laboratoire daccueil pour la radiobiologie
sur le site du
Laria -GANIL
CEA/DSV/DRR CIRIL GANIL

• Objectif
• Mettre à disposition des biologistes des
  équipements permettant de réaliser leurs
  expériences dans de conditions optimales.
• Objectif des recherches
• Effets des fortes densités dexcitations
  électroniques sur la matière biologique au niveau
• moléculaire
• cellulaire
• animal

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Les atouts. Soulevées par des situations
concrètes, ce sont des questions de physique
originales qui viennent interroger des
problématiques déjà développées dans lIN2P3
(physique de linteraction particule matière,
physique statistique des systèmes hors équilibre,
physique statistique des systèmes de taille
finie). Loriginalité de la contribution des
équipes IN2P3 provient aussi de leur ancrage sur
les méthodologies développées pour lobservation
en physique des hautes énergies. Cet appui
méthodologique est étroitement lié à lexpertise
technologique sur les faisceaux et les
dispositifs de détection.
Les liens interdisciplinaires sont facilités par
les différentes implantations locales de lIN2P3.
Cela se traduit par des collaborations (IECB
INSERM E347, Bordeaux), la création dantenne ou
déquipe daccueil dans des instituts
interdisciplinaires (ISA Lyon, CJP Clermont) ou
la création dun pôle de recherche autour dun
grand instrument (LARIA, GANIL)
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  La coordination nationale La coordination en
Europe  
Liens avec les différents organismes nationaux
engagés dans cette thématique (CEA-DSV,
CEA-Cadarache et différents départements du CNRS
ou de lINSERM) à travers des collaborations ou
GDR.
Les équipes IN2P3 ont un rôle moteur dans la
coordination de la recherche en Europe  -
Création de deux réseaux européens (réseau
CELLION, MRTN-CT-2003-503923 et action COST P9
2003-2007), organisation de conférences
internationales, obtention dune bourse Marie
Curie sur cette thématique. - Collaborations
bilatérales Franco-allemande (GSI-biophysics),
Franco-Autrichienne (programme PICS (2003-2006),
Franco-Hollandaise ( KVI-Groningen)
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Réseau européen CELLION
Marie Curie Research Training NetworkStudies on
cellular response to targeted single ions using
nanotechnology
Coordinateur Zbigniew Stachura Cracovie,
Pologne 6 pays européens participants Participants
IN2P3 Ph. Moretto et collaborateurs CENBG
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Réseau européen ACTION COST P9
European Cooperation in the field of Scientific
and Technical research Radiation damage in
biomolecular system
 
Président N.Mason Milton Keynes,
UK Vice-président M. Farizon IPNL, Lyon 17
pays européens participants Participants IN2P3

M. Farizon et collaborateurs IPN Lyon Ph. Moretto
et collaborateurs CENBG G. Montarou et
collaborateurs LPC Clermont
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  La coordination nationale La coordination en
Europe  
Liens avec les différents organismes nationaux
engagés dans cette thématique (CEA-DSV,
CEA-Cadarache et différents départements du CNRS
ou de lINSERM) à travers des collaborations ou
GDR.
Les équipes IN2P3 ont un rôle moteur dans la
coordination de la recherche en Europe  -
Création de deux réseaux européens (réseau
CELLION, MRTN-CT-2003-503923 et action COST P9
2003-2007), organisation de conférences
internationales, obtention dune bourse Marie
Curie sur cette thématique. - Collaborations
bilatérales Franco-allemande (GSI-biophysics),
Franco-Autrichienne (programme PICS (2003-2006),
Franco-Hollandaise ( KVI-Groningen)
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