Rosana Turtos

Projekttitel

Dose-i-farver: Faststof-nanodosimetri baseret på farvecentre, der fungerer ved stuetemperatur

Hvad handler dit projekt om?

Projektet handler om at opdage en ny måde at måle de meget små energimængder, der afsættes i stof, når atomer eller DNA-molekyler beskadiges ved vekselvirkning med ioniserende stråling. Disse meget små energiafsætninger, som skyldes enkelte eller flere ionisationshændelser, er de grundlæggende mekanismer bag strålingsinducerede skader og er afgørende for at kunne dræbe kræfttumorer ved en vigtig behandlingsmetode kaldet stråleterapi.  

Indtil nu har fysikere kun kunnet undersøge, hvad der sker på DNA-skalaen under eksperimentelle forhold, der ligger langt fra forholdene i levende mennesker. Desuden kan de nuværende teknikker kun kvantificere mængden af skade i et enkelt, lokalt område for en enkelt ioniserende partikel uden information om den rumlige fordeling af energien.    

Projektet vil undersøge de fysiske mekanismer bag disse processer og udvikle en ny teknik, der gør det muligt for forskere at afbilde de fundamentale vekselvirkninger mellem ioniserende stråling og stof på nanoskala under eksperimentelle betingelser, som er relevante for stråleterapi.

Hvordan opstod din interesse for dit forskningsfelt?

Gennem hele min karriere har jeg været fascineret af naturens raffinerede mekanismer, som gør det muligt for os at observere – og dermed måle – tidligere utilgængelige former for energi. Her er fotoner særligt effektive informationsbærere, fordi de er masseløse og elektrisk neutrale. Under min ph.d. og efterfølgende forskerstilling ved CERN undersøgte jeg, hvordan krystaller ultrahurtigt kan generere fotoner med anvendelse inden for realtidsbilleddannelse af kræft. Efter at jeg flyttede til Aarhus begyndte jeg at studere en komplementær mekanisme, hvor en del af den afsatte energi lagres og senere frigives som lys efter behov. Dette arbejde førte til udviklingen af det første genanvendelige materiale, der kunne verificere stråleterapiplaner i alle tre dimensioner. Samspillet mellem præcise målinger, billeddannelse og kræftbehandling har præget min karriere, som har været omgivet af fantastiske kolleger, studerende og mentorer. Jeg ønsker nu at udforske en ny luminescensmekanisme, der kan afsløre, hvordan ioniserende stråling beskadiger stof på nanoskala.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer og perspektiver ved dit projekt?

En central videnskabelig udfordring er at fremstille materialer med et kontrolleret antal atomare defekter, således at ioniserende stråling kan skabe bestemte konstellationer af komplekse defekter, såkaldte farvecentre, som udsender lys i forskellige farver. Dette vil gøre det muligt at styre følsomheden af de strålingsinducerede processer og for første gang opnå et ionisationskort, der afslører de allerførste trin i strålingsskader.  

I laboratoriet vil dette indebære skabelsen af atomare defekter i en krystal ved hjælp af en kraftig laser samt flytning af atomer fra ét sted til et andet. Vi er for nylig lykkedes med denne form for manipulation – som om vi ”malede” i krystaller – og vi er meget begejstrede for mulighederne. Denne kontrol åbner nye veje for at manipulere stof og undersøge fysik på atomart niveau.    

Den videnskabelige udfordring består nu i at udnytte disse nye muligheder i et materiale med den rette elektrontæthed, men som er vanskeligt at excitere på en kontrolleret måde på grund af dets elektroniske struktur.

Hvilke perspektiver vurderer du selv, at din forskning på sigt kan have for det omgivende samfund?

At kunne måle og fremstille sådanne ionisationskort under forhold, der er relevante for klinisk praksis, er afgørende for at forstå komplekse skades- og reparationsmekanismer på cellulært og systemisk niveau, hvor biologien i levende organismer overtager de processer, som oprindeligt styres af fysikken.    

Målet er at udvikle en teknik, der gør det muligt at følge udviklingen af strålingsskader helt fra deres oprindelse – fra få attosekunder eller femtosekunder efter den første vekselvirkning – og helt op til måneder senere. Denne viden er central for udviklingen af fremtidens kræftbehandlinger, hvor stråleterapi i endnu højere grad kan baseres på en forståelse af den levende menneskekrop.    

Fra et partikelfysisk perspektiv vil projektet samtidig give indsigt i nye måder at registrere stråling på og i mekanismerne bag strålingsskader i uorganiske materialer. Denne viden er vigtig for udviklingen af strålingshårde detektorer til fremtidens partikelacceleratorer.

Hvad vil det betyde for din forskerkarriere, at du indgår i Sapere Aude-programmet?

Sapere Aude-bevillingen er et vigtigt skridt i min karriere, da det giver mig mulighed for at konsolidere både min forskningsgruppe og mit laboratorium, Exciton Lab. Derudover gør bevillingen det muligt for mig at varetage en lektorstilling i fire år og bringe mig et skridt nærmere drømmen om at opbygge en succesfuld akademisk karriere.  

Projektet vil samtidig styrke samarbejdet mellem partnere ved Dansk Center for Partikelterapi i Aarhus og CERN, hvor Exciton-gruppen er en del af et nyt samarbejde om kvantesensorer til partikelfysik.    

Som kvindelig forsker giver bevillingen mig også mulighed for at påvirke og inspirere en mangfoldig gruppe af mennesker. Jeg leder i øjeblikket Exciton-gruppen, som har en kønsfordeling på 50/50, og jeg er desuden en del af en større forskningsgruppe, hvor kvinder er stærkt repræsenteret. Sammen med mine dygtige kolleger på fysik instituttet ønsker jeg at fortsætte arbejdet med at fremme både mangfoldighed og forskningsmæssig excellence.