Computational Approaches in Molecular Radiation Biology: Monte Carlo Methods

دفتر تحقیقات بهداشت و محیط زیست (OHER) از توسعه رویکردهای محاسباتی در زیست شناسی و پزشکی حمایت کرده و به حمایت خود ادامه می دهد. برنامه فیزیک رادیولوژی و شیمی OHER توسعه رویکردهای محاسباتی را برای تعیین اثرات تولید شده توسط تشعشعات با کیفیت های مختلف (مانند الکترون های پرانرژی، پروتون ها، هلیوم و سایر یون های سنگین و غیره) در انواع مواد با علاقه بیولوژیکی آغاز کرد. آب، پلیمرها و DNA؛ اینها شامل تحریکات مولکولی و زیر تحریکات و تولید یونیزاسیون و توزیع مکانی و زمانی آنها می شود. در چند سال گذشته، پیشرفت های قابل توجهی در روش های محاسباتی برای این منظور حاصل شده است. به طور خاص، کدهای مبتنی بر تکنیک‌های مونت کارلو توسعه داده شده‌اند که توصیفی واقعی از ساختار مسیر تولید شده توسط ذرات باردار ارائه می‌دهند. علاوه بر این، کدها به اندازه کافی پیچیده شده اند به طوری که اکنون می توان توزیع مکانی و زمانی الگوهای رسوب انرژی را در حجم های کوچکی از ابعاد زیر نانومتری و نانومتری محاسبه کرد. این ابعاد یا سطوح تفکیک برای درک ما از مکانیسم‌هایی در سطح مولکولی که توسط آن تشعشعات بر سیستم‌های بیولوژیکی تأثیر می‌گذارند، مرتبط هستند. از آنجایی که کدهای ساختار مسیر مونت کارلو برای استفاده در شیمی تشعشع و زیست شناسی تشعشع هنوز در مرحله توسعه هستند، تعدادی از محققین در حال بررسی استراتژی های مختلف برای بهبود این کدها بوده اند.

The Office of Health and Environmental Research (OHER) has supported and continues to support development of computational approaches in biology and medicine. OHER's Radiological and Chemical Physics Program initiated development of computational approaches to determine the effects produced by radiation of different quality (such as high energy electrons, protons, helium and other heavy ions, etc. ) in a variety of materials of biological interest-such as water, polymers and DNA; these include molecular excitations and sub-excitations and the production of ionization and their spatial and temporal distribution. In the past several years, significant advances have been made in computational methods for this purpose. In particular, codes based on Monte Carlo techniques have ·been developed that provide a realistic description of track-structure produced by charged particles. In addition, the codes have become sufficiently sophisticated so that it is now possible to calculate the spatial and temporal distribution of energy deposition patterns in small volumes of subnanometer and nanometer dimensions. These dimensions or resolution levels are relevant for our understanding of mechanisms at the molecular level by which radiations affect biological systems. Since the Monte Carlo track structure codes for use in radiation chemistry and radiation biology are still in the developmental stage, a number of investigators have been exploring different strategies for improving these codes.