Cientistas do Laboratório de Física Experimental de Altas Energias da TSU e seus colegas da Universidade de Bordeaux estão estudando novas maneiras de modelar os efeitos de baixas doses de radiação no nível celular. Pela primeira vez, os físicos vão simular os efeitos da radiação no DNA e calcular a probabilidade de desenvolver câncer em vários ambientes químicos e biológicos.

Este é um projeto interdisciplinar que combina modelagem em física, biologia e bioquímica. Os cientistas irão investigar os processos que ocorrem na célula como resultado da exposição à radiação em moléculas ambientais e macromoléculas biológicas e em subsequentes processos físico-químicos e bioquímicos.

Quando exposto à radiação no corpo humano, radiação de alta frequência ou partículas de alta energia penetram na célula viva, eliminando elétrons das moléculas que os compõem. Se, ao mesmo tempo, íons aparecem na célula ou seu DNA está danificado, então a célula não pode funcionar normalmente. Todos esses processos serão reproduzidos por programas de modelagem matemática dentro do pacote de software Geant4.

“Essa ferramenta de modelagem integrada já é usada na medicina nuclear para o tratamento de doenças oncológicas e também é muito procurada na astronáutica, por exemplo, para preparar expedições interplanetárias, porque ajuda a prever o efeito da radiação em astronautas e equipamentos durante uma estadia de longo prazo no espaço, "explica Alexander Khodinov, Chefe do Laboratório de Física Experimental de Altas Energias da TSU.

Na primeira fase, os cálculos serão feitos usando as instalações de computador da TSU. A complexidade desse trabalho é que o cálculo de cada ciclo ou evento leva até uma hora em um computador moderno.

"A representação real de até mesmo uma única célula requer a descrição de uma série de componentes que é comparável à descrição de uma grande instalação física, "acrescenta Alexander Khodinov." Temos que não apenas combinar todos os processos de modelagem no mesmo ambiente, mas também aumenta a velocidade dos cálculos usando aceleradores de hardware GPU e FPGA. "

O novo projeto tornou-se possível graças à participação de físicos da TSU nos experimentos ATLAS e CMS no Large Hadron Collider (LHC) do Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN). As abordagens para a criação de programas de computador para o LHC incluem o desenvolvimento de métodos para computação paralela e análise de grandes quantidades de dados, que agora será usado para estudar o efeito da radiação no DNA.

Mais cedo, Os cientistas da Tomsk e seus colegas da França usaram o pacote de aplicativos do usuário Geant4-DNA para modelar interações eletrônicas em água líquida. Os resultados são descritos no artigo "Exemplo de aplicações de Geant4-DNA para simulações de estrutura de trilha em água líquida:um relatório do projeto Geant4-DNA."