Optimum enhancement Factor in targting tumor using Gold nanoparticle

Abstract

In the context of cancer treatment, enhancing the biological effects of ionizing radiation remains a key objective. This study investigates the impact of gold nanoparticles (GNPs) of varying sizes on the production of radiolytic species and the energy deposited at the cellular level under low-energy photon exposure. Using the Monte Carlo simulation code GEANT4-DNA, we modeled a water-based cellular environment with and without GNPs to analyze the variation in the yields of key reactive species such as OH°, H₂O₂, and eₐq⁻. The results demonstrate that larger GNPs (notably 50 nm) significantly increase energy deposition and radiolytic yield; however, such sizes may pose limitations for clinical application due to limited cellular penetration. As an alternative, the use of multiple smaller nanoparticles is suggested to achieve a similar radiosensitizing effect. Additionally, energy levels of 40 keV and 90 keV were identified as optimal for enhancing biological damage. This work confirms the potential of GNPs to improve the efficacy of cancer therapy through nanoscale energy modulation and reactive species amplification ==================================================================================================== Dans le cadre du traitement du cancer, l'amélioration des effets biologiques des rayonnements ionisants constitue un objectif essentiel. Cette étude examine l’impact des nanoparticules d’or (GNPs) de différentes tailles sur la production d’espèces radiolytiques et l’énergie déposée au niveau cellulaire sous une exposition à des photons de basse énergie. En utilisant le code de simulation Monte Carlo GEANT4-DNA, nous avons modélisé un environnement cellulaire à base d’eau, avec et sans GNPs, afin d’analyser la variation des rendements des principales espèces réactives telles que OH°, H₂O₂ et eₐq⁻. Les résultats montrent que les GNPs de grande taille (notamment 50 nm) augmentent significativement la déposition d’énergie et les rendements radiolytiques ; cependant, leur taille importante peut limiter leur application clinique en raison de leur faible capacité de pénétration cellulaire. L’utilisation de plusieurs nanoparticules plus petites est donc suggérée pour obtenir un effet radiosensibilisant équivalent. De plus, les énergies de 40 keV et 90 keV ont été identifiées comme optimales pour renforcer les dommages biologiques. Ce travail confirme le potentiel des GNPs à améliorer l'efficacité des traitements contre le cancer grâce à une modulation énergétique à l’échelle nanométrique et une amplification des espèces réactives.