Laboratoire d'accueil : Laboratoire de métrologie et de dosimétrie des neutrons (LMDN)

Date de début de la thèse : 03/10/2010

Nom du doctorant : François Vianna

Contexte

L'IRSN et le centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux-Gradignan se sont lancés récemment dans une collaboration dans le cadre du programme ROSIRIS afin de mettre en place sur le sile de Cadarache une ligne d'irradiation ciblée par faisceaux d'ions sur l'accélérateur de la plate-forme AMANDE. L'intérêt de ce type d'instrument pour des études de radiobiologie expérimentale réside dans sa capacité à déposer sélectivement dans des compartiments cellulaires (typiquement le noyau) un nombre prédéterminé d'ions sur des monocouches cellulaires adhérentes. Il est ainsi possible de contrôler parfaitement la dose déposée dans chaque cellule ainsi que la cible intracellulaire et ce jusqu'à la dose ultime d'un ion par cellule. II est ainsi possible d'éviter certains écueils rencontrés lors d'irradiations classiques, liés d'une part à l'incertitude sur la cible cellulaire (impact sur le noyau ou sur le cytoplasme, sur la membrane.... ) et d'autre part à l'effet indirect possible de l'irradiation du milieu à proximité immédiate d'une cellule, signal médié par des espèces chimiques radicalaires.
Les modes d'irradiations sont multiples avec par exemple:

• L'irradiation homogène d"une population cellulaire avec une dose rigoureusement identique déposée dans chaque cellule (avec un taux d'irradiation de 3000 cellules par heure). L'irradiation ciblée permet dans ce cas, en irradiant un nombre de cellules suffisant, de s'affranchir des incertitudes liées â la statistique d'irradiation et surtout des effets de seuil, inévitables en irradiation classique, d'un facteur deux à trois d'une cellule à l'autre lorsqu'une dose moyenne très faible (un ion par cellule par exemple) est employée. Le champ d'investigation ouvert concerne, entre autres, les effets des faibles doses.
• L'irradiation d'un nombre limité de cellules bien identifiées au sein d'une population cellulaire. Dans ce cas. ce sont les mécanismes de communication intercellulaire qui peuvent être étudiés, par le suivi individuel de cellules « non irradiées» grâce à une analyse cellule par cellule des réponses possibles.
• Un mode d'étude de dynamique moléculaire en ligne dans la trace des ions est également envisagé sur la base du couplage de l'irradiation ciblée avec des techniques optique d'épifluorescence en ligne sur des espèces moléculaires mobilisées par exemple sur le site des dommages ADN, soit dans le cadre des mécanismes de reconnaissance des dommages, soit des mécanismes de réparation.

Une telle méthodologie a été mise en place depuis quelques années par le groupe Interface Physique Biologie du CENBG puisqu'une première version d'une telle ligne d'irradiation est opérationnelle depuis quelques années sur la plate-forme AIFIRA. Cette ligne a été validée sur des lignées cellulaires humaines (résolution, précision d'impact, dose délivrée, innocuité des conditions d'irradiation sur les lignées...). Elle est actuellement utilisée en routine dans le cadre d'études des mécanismes de dommage moléculaires et de réparation. Par ailleurs, un dispositif de nouvelle génération est en cours de développement par les équipes techniques du CENBG dans le cadre de la collaboration mentionnée plus haut. Le nouveau système va permettre en particulier de faire les études de dynamique moléculaire déjà mentionnées. Le projet sur AMANDE est étroitement couplé puisque la version de la ligne qui va être installée à Bordeaux va pennettre de valider le principe et servir de prototype pour le développement sur AMANDE.

Contenu du programme de travail

Une thèse est envisagée pour participer au développement technique de la ligne, à son installation et sa validation sous faisceau et sur lignée cellulaire sur le site de Cadarache.
Le doctorant devra dans un premier temps, s'impliquer dans les calculs de simulation de transport de faisceau, plus spécifiquement dans la phase de calcul detaillé de l'optique de focalisation, puis son alignement et sa qualification sous faisceau. Cette phase comportera la validation du contrôle du faisceau en mode "single event" qui inclura notamment un détecteur en transmission basé sur la détection des électrons secondaires générés par le passage de chaque ion â travers la fenêtre d'extraction du faisceau à l'air. Cette partie du travail sera faite sur la ligne "bêta" du CENBG. la méthodologie sera ensuite transférée sur le site de Cadarache.

Le doctorant s'impliquera également dans la définition et les tests du système de contrôle commande complexe qui va gérer l'ensemble des process de rétage d'irradiation, en relation avec les ingénieurs du service d'instrumentation du CENBG. Le système doit en effet synchroniser les signaux issus des systèmes de détection avec le contrôle du balayage du faisceau, avec le déflecteur rapide permettant d'escamoter le faisceau ainsi que le déplacement du puits de culture. Le contrôle à distance du système de microscopie d'épifluorescence (filtres, grandissement, vidéo, ...) ainsi que le traitement automatique des images qui doit mener à la reconnaissance automatique des limites cellulaires et/ou de leur noyau afin de guider l'irradiation devra également être validé.

En parallèle, le doctorant devra s'impliquer dans les tests sous faisceau et les premières expériences sur lignées cellulaires qui seront réalisées au CENBG afin de faciliter ultérieurement le transfert de toute la méthodologie sur le site de Cadarache. La dernière partie de la thèse devra donc se dérouler à Cadarache pour l'implantation technique de la ligne d'une part, la qualification sous faisceau puis la validation biologique sur lignées cellulaires d'autre part. C'est à ce stade que l'expérience acquise sur la ligne à Bordeaux portera ses fruits et se révèlera indispensable pour le transfert des compétences vers les équipes de l'IRSN.