Selon la dose et la cible, le rayonnement peut causer des dommages incroyables aux cellules saines ou il peut être utilisé pour traiter le cancer et d'autres maladies. Pour comprendre comment les cellules réagissent à différentes doses de rayonnement, les scientifiques doivent diriger des quantités précises d'énergie vers des zones spécifiques de la cellule. La mesure du dosage peut être difficile, cependant, surtout lorsque l'on travaille avec des protons de faible énergie.

Une collaboration de chercheurs de l'Université de Bordeaux, Le Centre National de la Recherche Scientifique et le CEA-LIST ont développé une membrane en diamant ultra-mince qui peut mesurer le nombre de protons dans une dose de rayonnement avec une précision presque parfaite. Le détecteur se fixe à un microfaisceau de particules chargées et permet de délivrer un rayonnement dans une zone de moins de 2 micromètres de large. L'étude, publié cette semaine dans Lettres de physique appliquée , représente une avancée technologique précieuse pour la radiobiologie.

Des expériences précédentes avaient déjà établi que les membranes en diamant pouvaient détecter et quantifier les protons, mais jusqu'à l'étude actuelle, personne n'avait développé la technologie pour les investigations biologiques.

"L'appareil est totalement compatible avec les cellules vivantes dans leur environnement liquide, " dit Philippe Barberet, biophysicien à l'Université de Bordeaux. "Cela nous permettra d'irradier différents types de cellules et d'organismes à l'aide de protons uniques, ce qui n'est pas si facile à faire avec des accélérateurs à basse énergie."

Barberet a travaillé avec Michal Pomorski au CEA-LIST, qui a créé le capteur de diamant ultra-mince en découpant puis en gravant au plasma un disponible dans le commerce, diamant monocristallin d'environ 1 micromètre d'épaisseur. Ils ont recouvert les deux côtés du détecteur d'électrodes transparentes et électriquement conductrices pour collecter le signal électrique du faisceau de protons lorsqu'il traverse la membrane en diamant. Cette conception est compatible avec la microscopie, assure un bon contact entre le détecteur et l'échantillon biologique, et compte les protons avec une précision supérieure à 98 %.

Pour tester l'efficacité des membranes de diamant lors de l'irradiation de cellules vivantes, le groupe a utilisé une lignée cellulaire conçue pour exprimer une protéine de réparation de l'ADN appelée XRCC1, marqué avec la protéine fluorescente verte (GFP). Lorsque des dommages à l'ADN se produisent dans ces cellules, le GFP s'allume sur le site des réparations.

"XRCC1 est impliqué dans les voies de réparation de l'ADN et c'est l'une des premières protéines recrutées, " a déclaré Barberet. " Vous irradiez et vous voyez immédiatement un effet. " Ils ont livré 100 protons espacés de 5 micromètres aux cellules. Le motif résultant de taches d'irradiation vertes a confirmé que le faisceau a infligé des dommages dans des cercles mesurant moins de 2 microns de diamètre.

Les membranes en diamant pourraient devenir un outil précieux pour accroître la précision de la recherche en radiobiologie. Les chercheurs notent, cependant, que leur utilité est limitée aux groupes qui ont accès aux faisceaux de protons des accélérateurs de particules.