Forskare från TSU:s Laboratory of Experimental High Energy Physics och deras kollegor från University of Bordeaux studerar nya sätt att modellera effekterna av låga doser av strålning på cellnivå. För första gången, fysiker kommer att simulera effekterna av strålning på DNA och beräkna sannolikheten för att utveckla cancer i olika kemiska och biologiska miljöer.

Detta är ett tvärvetenskapligt projekt som kombinerar modellering i fysik, biologi och biokemi. Forskare kommer att undersöka de processer som sker i cellen till följd av strålningsexponering på miljömolekyler och biologiska makromolekyler och efterföljande fysikalisk -kemiska och biokemiska processer.

När den utsätts för strålning på människokroppen, högfrekvent strålning eller högenergipartiklar tränger in i den levande cellen, slår ut elektroner från molekylerna som utgör det. Om joner samtidigt dyker upp i cellen eller dess DNA skadas, då kan cellen inte fungera normalt. Alla dessa processer kommer att reproduceras av matematiska modelleringsprogram inom programpaketet Geant4.

"Detta integrerade modelleringsverktyg används redan i kärnmedicin för behandling av onkologiska sjukdomar och är också efterfrågat inom astronautik, till exempel, för att förbereda interplanetära expeditioner, eftersom det hjälper till att förutsäga effekten av strålning på astronauter och utrustning under en långvarig vistelse i rymden, "förklarar Alexander Khodinov, Chef för Laboratory of Experimental High Energy Physics vid TSU.

I den första etappen, beräkningar kommer att göras med hjälp av TSU:s datoranläggningar. Komplexiteten i sådant arbete är att beräkningen av varje cykel eller händelse tar upp till en timme på en modern dator.

"Den verkliga representationen av även en enda cell kräver beskrivning av ett antal komponenter som är jämförbara med beskrivningen av en stor fysisk installation, "tillägger Alexander Khodinov." Vi måste inte bara kombinera alla modelleringsprocesser i samma miljö, men också öka beräkningarnas hastighet med hårdvaruacceleratorer GPU och FPGA. "

Det nya projektet blev möjligt tack vare TSU -fysikers deltagande i ATLAS- och CMS -experimenten vid Large Hadron Collider (LHC) vid European Center for Nuclear Research (CERN). Tillvägagångssätt för att skapa datorprogram för LHC inkluderar att utveckla metoder för parallell beräkning och analys av stora mängder data, som nu kommer att användas för att studera effekten av strålning på DNA.

Tidigare, Tomsk-forskare och deras kollegor från Frankrike använde Geant4-DNA-användarprogrammet för modellering av elektroniska interaktioner i flytande vatten. Resultaten beskrivs i artikeln "Geant4-DNA-exempelapplikationer för spårstruktursimuleringar i flytande vatten:en rapport från Geant4-DNA-projektet."