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Le projet Geant4-DNA : entre théorie et expérience

Sébastien Incerti (CNRS/IN2P3) - Christophe Champion (Université Paul Verlaine-Metz)

Le projet Geant4-DNA - initié par l’Agence Spatiale Européenne afin d’étendre l’outil de simulation Monte Carlo généraliste Geant4 - permet la simulation des effets biologiques des radiations ionisantes à l’échelle de l’ADN cellulaire, en particulier dans le cadre de missions spatiales habitées de longue durée (missions à bord de la Station Spatiale Internationale ou futures missions d’exploration vers Mars).

Ce projet se propose de :

· modéliser - au cours d’une étape dite « physique » - les interactions physiques élémentaires entre particules ionisantes et la matière biologique (eau liquide et ADN). Dans ce contexte, de nombreux modèles théoriques ont été développés (ou sont en cours de développement) afin de décrire en détails les différentes interactions radio-induites. Les sections efficaces ainsi calculées ont montré - pour l’ensemble des processus collisionnels modélisés - un bon accord avec les données expérimentales existantes,

· modéliser - au cours d’étapes dites « physico-chimique » et « chimique » - la production, la diffusion des nombreuses espèces radicalaires créées dans le milieu biologique au cours de l’étape « physique ». Une attention toute particulière est portée à la description précise des nombreuses réactions chimiques induites entre espèces
radicalaires,

· modéliser - au cours d’une étape dite « biologique » - l’interaction des particules élémentaires et des espèces radicalaires avec des cibles biologiques (fibres d’ADN, noyau cellulaire…) décrites le plus finement possible par le biais de modèles géométriques sophistiqués incluant la prise en compte des différents constituants de la chromatine (bases d’ADN, groupements sucre-phosphate…).

Ces trois étapes peuvent être combinées pour estimer les dommages biologiques précoces directs et indirects causés à l’ADN (cassure simple et double brins d’ADN).

Dans cet exposé nous présenterons le projet Geant4-DNA dans sa totalité en décrivant - étape après étape - les différents modèles théoriques développés.