Исследование выявило ключевой механизм воздействия терапии — межатомный кулоновский распад (ICD) в воде, вызванный облучением тяжелыми ионами. Перенос протонов между молекулами воды генерирует в живых тканях гидроксильные радикалы и гидратированные протонные группы, разрушающие ДНК.
Лечение рака тяжелыми ионами оказывается более действенным, чем рентгеновское облучение и протонная терапия, но точные причины такого эффекта до сих пор неизвестны.
Международная команда исследователей подробно изучила влияние тяжёлых ионов на уровне молекул. Для работы выбрали пиримидин, органическую молекулу — предшественника азотистых оснований ДНК и РНК. Модельные процессы разрушения ДНК после облучения тяжёлыми ионами. изучали В водной среде ткани ученые с помощью сверхзвуковой газовой струи сформировали кластеры из молекул пиримидина.
Ученые провели эксперимент с пучками ионов углерода и железа, направляя их на кластеры пиримидина. Результаты показали, что в живых тканях, подвергнутых облучению тяжелыми ионами, внутренне-валентные ионизированные молекулы воды могут передавать энергию возбуждения молекулам ДНК посредством межатомного кулоновского распада. Interatomic Coulombic decay, ICD). Исследование опубликовано в журнале Physical Review X.
Выделенный нами процесс вызывает не только ионизацию пиримидиновой молекулы с испусканием электрона малой энергии, но и инициирует переход протонов между молекулами воды. В результате образуются вредоносные для биологических молекул вторичные частицы — гидроксильные радикалы и гидратированные протонные группы. Shenyue Xu), один из авторов исследования.
Это открытие заставляет пересмотреть мнение о связи между внутренней валентностью и ионизацией катионов воды. распадаются Через самофрагментацию фрагменты косвенно воздействуют на ДНК. Обнаруженный механизм показал, что эти катионы могут напрямую взаимодействовать с ДНК. ICDВ процессе взаимодействия высвобождаются вредные вторичные частицы рядом с ДНК, которые увеличивают риск разрывов в двойной цепи кислоты.
В отличие от других видов радиации, облучение тяжелыми ионами увеличивает количество внутренних валентных ионообразований в молекулах воды. Это имеет большое значение. усиливает его биологическую эффективность по отношению к клеткам.