Jak odrzut jądrowy uszkadza DNA?

Tor-232 to srebrzysty, radioaktywny metal, który jest szczególnie dobry w pochłanianiu promieni rentgenowskich. We wczesnych dniach obrazowania rentgenowskiego lekarze rutynowo wstrzykiwali pacjentom dwutlenek toru, ponieważ wytwarzał obrazy o wysokim kontraście. Od lat 30. do 50. te dawki otrzymało około 10 milionów ludzi.

Zaletą dwutlenku toru, lub Thorotrastu, jak go nazywano, jest to, że nie miał on prawie żadnych natychmiastowych skutków ubocznych u pacjentów, w przeciwieństwie do innych środków kontrastowych, które często były niebezpieczne. A okres półtrwania toru wynosi około 14 miliardów lat, więc jest stosunkowo stabilny.

To, czego lekarze nie doceniali w tamtym czasie, to długofalowy wpływ na organizm. Po wstrzyknięciu Thorotrast osadza się w różnych narządach, w których ma tendencję do pozostawania. Biologiczny okres półtrwania tego materiału wynosi 22 lata.

Kiedy tor w końcu się rozpada, uruchamia sekwencję pięciu kolejnych rozpadów, wytwarzając cząstki alfa. Wszystko to dzieje się stosunkowo szybko; cztery z nich w ciągu kilku godzin lub ułamków sekundy.

Z tego powodu Thorotrast okazał się wysoce rakotwórczy, ale często w skali czasowej mierzonej w dziesięcioleciach. Został ostatecznie wycofany jako środek kontrastowy w latach 50. XX wieku.

Problemem fizyków jest obliczenie wpływu pierwiastków takich jak tor na organizm. Od dawna wiedzieli, że cząstki o wysokiej energii uwalniane podczas rozpadu uszkadzają ciało, rozbijając się i uszkadzając cząsteczki, takie jak DNA.

Ale dzisiaj Evandro Lodi Rizzini i koledzy z Uniwersytetu w Brescii we Włoszech twierdzą, że fizycy przeoczyli inny mechanizm, który może powodować jeszcze większe szkody.

Na przykład polon-212 uwalnia cząstki alfa o energii 8748 keV, które następnie zderzają się z pobliskimi cząsteczkami, dopóki ich energia nie zostanie pochłonięta.

Lodi Rizzini i wsp. zwracają jednak uwagę, że istnieje jeszcze jeden składnik tej reakcji: jądro ołowiu-208, które odskakuje z energią 170 keV. W przypadku Toru-232 efektem jest cząstka alfa o energii 4012 keV oraz jądro radu-228, które odskakuje z energią 66 keV.

Nikt nie rozważał szkód, jakie te poruszające się jądra mogą wyrządzić DNA. Do teraz.

Lodi Rizzini i koledzy twierdzą, że będąc większymi i cięższymi, jądra te będą oczywiście podróżować mniej daleko w ciele, być może na odległość kilkuset nanometrów. Oznacza to, że jeśli rozpad nastąpi w pobliżu DNA, spowoduje to całe swoje uszkodzenie w tym obszarze.

Natomiast cząsteczka alfa uwolni swoją energię w znacznie większej objętości.

Ma to ważne konsekwencje. Według włoskiego zespołu, jądro odrzucające się po emisji cząstki α spowoduje odkładanie się energii (na pobliskiej strukturze DNA) nawet o dwa rzędy wielkości większe niż sama cząstka α.

Tak więc uszkodzenia od poruszającego się jądra mogą być sto razy większe niż uszkodzenia spowodowane emisją alfa.

To może zmienić sposób, w jaki ludzie myślą o szkodach, jakie rozpad promieniotwórczy może wyrządzić w ciele. Lodi Rizzini obiecuje bardziej szczegółową ocenę w najbliższej przyszłości.

Może to również prowadzić do nowych strategii kontrolowania szkód, jakie te substancje mogą wyrządzić. Jeśli to jądro, a nie cząstka alfa, powoduje większość szkód, mogą istnieć sposoby na wykorzystanie tego z korzyścią.

Być może coś, o czym mogliby spekulować czytelnicy bloga arXiv.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1107.3699 : O znaczeniu odrzutu jądrowego w emisji α w pobliżu DNA

ukryć