När joniserande strålning passerar genom levande vävnad, det interagerar med molekyler som finns i cellerna, avlägsna elektroner och producera laddade arter som kallas joner. Joniserande strålning som används för cancerbehandling inkluderar gammastrålning, Röntgenstrålar och energiska partiklar som alfa- och betastrålar.

Elektronerna som produceras genom denna process, känd som sekundära elektroner, kan de själva göra ytterligare förödelse, orsakar ännu mer dramatiska förändringar. Denna vecka i Journal of Chemical Physics , en grupp utredare rapporterar studier av sekundära elektroners inverkan på en modell av DNA.

Mätningarna gjordes i en kondenserad miljö. Jämfört med isolerade elektronmolekylförsök, kondensfasmätningarna görs under förhållanden närmare dem som finns i levande vävnad. Resultaten kommer att användas för att exakt beräkna skadan och strålningsdosen som levereras till patienter inom strålbehandling, när cancerceller bombarderas med joniserande strålning.

Sekundära elektroner är den viktigaste arten som skapas av joniserande strålning i levande vävnad. Dessa "elektroner med låg energi, "eller LEE, interagera med biologiska molekyler, ibland bryta dem i fragment. En av de drabbade molekylerna är deoxiribonukleinsyra, eller DNA, molekylen som bär genetisk kod. Den långa, kedjeliknande DNA -molekyl består av en stege av baspar kopplade till varandra genom en deoxiribosfosfatgrupp.

Det exakta sättet som LEE interagerar med delar av DNA -molekylen, baserna själva eller fosfatstommen, är fortfarande inte exakt förstått, även om LEEs har tillräckligt med energi för att initiera DNA -strängavbrott. Detta kan påverka cellfunktionen, som leder till mutationer och till och med celldöd. I denna veckas rapport, utredarna använde en modellmolekyl som kallas dimetylfosfat, eller DMP, för att studera interaktionen mellan LEE och fosfatstommen i DNA.

Nya strålbehandlingsmetoder, för närvarande under utveckling, kan rikta strålningen exakt till specifika cancerceller eller till och med specifika platser inom dessa celler. Den här metoden, känd som riktad radionuklidterapi, eller TRT, innebär användning av molekyler märkta med radioaktiva atomer som injiceras i patienter och lokaliseras i cancerceller. Väl på plats, de radioaktiva molekylerna producerar joniserande strålning inuti eller nära cancerceller. Denna strålning fortsätter sedan att generera lokaliserade LEE.

En viktig del av TRT -metoden innefattar datasimuleringar som används för att förutsäga interaktioner mellan LEE och biologiskt material och mängden strålning som absorberas av de riktade biomolekylerna eller cellerna. En av de viktigaste parametrarna i dessa simuleringsmodeller är absoluta tvärsnitt, som ger sannolikheten för interaktion mellan en enda LEE och en målmolekyl. Arbetet som rapporteras här representerar den första direktmätningen av absoluta tvärsnitt för fosfatenheten i DNA, värden som krävs för att beräkna strängavbrott inducerade av LEE.

DNA som finns i ett levande system är omgivet av vatten och andra typer av molekyler, så att studera dessa processer i en mer realistisk miljö är särskilt önskvärt. I framtida arbete, DNA kommer att vara inbäddat i vatten och molekylärt syre, känd för att sensibilisera celler för strålbehandling.