Quando a radiação ionizante passa pelo tecido vivo, ele interage com as moléculas presentes nas células, removendo elétrons e produzindo espécies carregadas conhecidas como íons. A radiação ionizante usada para o tratamento do câncer inclui raios gama, Raios-X e partículas energéticas, como raios alfa e beta.

Os elétrons produzidos por este processo, conhecidos como elétrons secundários, podem eles próprios continuar a causar mais estragos, causando mudanças ainda mais dramáticas. Esta semana no Journal of Chemical Physics , um grupo de pesquisadores relata estudos sobre o impacto dos elétrons secundários em um modelo de DNA.

As medições foram feitas em um ambiente de fase condensada. Em comparação com experimentos de molécula de elétron isolados, as medições da fase condensada são feitas em condições mais próximas às encontradas em tecidos vivos. Os resultados serão usados ​​para calcular com precisão o dano e a dose de radiação fornecida aos pacientes em radioterapia, quando as células cancerosas são bombardeadas com radiação ionizante.

Os elétrons secundários são as espécies mais importantes criadas pela radiação ionizante no tecido vivo. Esses "elétrons de baixa energia, "ou LEEs, interagir com moléculas biológicas, às vezes quebrando-os em fragmentos. Uma das moléculas afetadas é o ácido desoxirribonucléico, ou DNA, a molécula que carrega o código genético. O longo, A molécula de DNA em forma de cadeia consiste em uma escada de pares de bases conectadas entre si por meio de um grupo de fosfato de desoxirribose.

A maneira precisa como os LEEs interagem com porções da molécula de DNA, as próprias bases ou a estrutura de fosfato, ainda não é precisamente entendido, embora LEEs tenham energia suficiente para iniciar quebras de fita de DNA. Isso pode afetar a função celular, levando a mutações e até morte celular. No relatório desta semana, os investigadores empregaram uma molécula modelo conhecida como fosfato de dimetila, ou DMP, para estudar a interação de LEEs com a estrutura de fosfato do DNA.

Novos métodos de tratamento de radiação, atualmente em desenvolvimento, pode direcionar com precisão a radiação para células cancerosas específicas ou até mesmo locais específicos dentro dessas células. Este método, conhecido como terapia com radionuclídeos direcionados, ou TRT, envolve o uso de moléculas marcadas com átomos radioativos que são injetados em pacientes e localizados em células cancerosas. Uma vez no lugar, as moléculas radioativas produzem radiação ionizante dentro ou perto das células cancerosas. Essa radiação então passa a gerar LEEs localizados.

Uma parte importante do método TRT envolve simulações de computador usadas para prever as interações de LEEs com matéria biológica e a quantidade de radiação absorvida pelas biomoléculas ou células-alvo. Um dos principais parâmetros desses modelos de simulação são as seções transversais absolutas, que fornecem a probabilidade de interação entre um único LEE e uma molécula alvo. O trabalho relatado aqui representa a primeira medição direta de seções transversais absolutas para a unidade de fosfato no DNA, valores necessários para calcular quebras de fita induzidas por LEEs.

O DNA presente em um sistema vivo é cercado por água e outros tipos de moléculas, portanto, estudar esses processos em um ambiente mais realista é particularmente desejável. Em trabalho futuro, o DNA será incorporado em água e oxigênio molecular, conhecido por sensibilizar as células à radioterapia.