Βαρέα ιόντα καταστρέφουν το DNA υγιών κυττάρων

Πηγή: PhysicsWeb, 14 Οκτωβρίου 2005

Ιατρικοί φυσικοί στον Καναδά ανακάλυψαν ότι ακτίνες βαρέων ιόντων, που χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία του καρκίνου, μπορούν να προξενήσουν περισσότερο κακό στο υγιές DNA από όσο νομίζαμε μέχρι τώρα. Η καταστροφή προκαλείται από τα χαμηλής ενέργειας δευτερογενή σωματίδια παρά τα ίδια τα βαρέα ιόντα. Τα αποτελέσματα αυτά θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους ιατρικούς φυσικούς να αναπτύξουν ακριβέστερα μοντέλα δόσεων για την θεραπεία με βαρέα ιόντα (Phys. Rev. Lett. 95 153201).

Η θεραπεία του καρκίνου με ακτίνες βαρέων ιόντων χρησιμοποιεί πρωτόνια ή ιόντα όπως είναι το αργό και το νέο που έχουν ενέργειες περίπου 1 MeV ανά νουκλεόνιο. Ένα πλεονέκτημα της θεραπείας με βαρέα ιόντα σε σχέση με άλλες τεχνικές είναι ότι το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας αποτίθεται σε μια μικρή περιοχή του χώρου, γνωστή ως αιχμή Bragg, ενώ οι ακτίνες X, παραδείγματος χάριν, αποθέτουν την ενέργειά τους συνεχώς μόλις εισέλθουν στο σώμα. Εντούτοις, λίγα είναι γνωστά για το πώς η ακτινοβολία των βαρέων ιόντων καταστρέφει το DNA στη μοριακή κλίμακα, ειδικά στην περιοχή πάνω από την αιχμή Bragg. Αυτή η καταστροφή μπορεί να προκληθεί από τα βαρέα ιόντα αφότου έχουν χάσει την περισσότερη από την ενέργειά τους ή από τα χαμηλής ενέργειας δευτερογενή ιόντα. Αυτό όμως είναι ανησυχητικό επειδή ο ιστός πάνω από την αιχμή Bragg είναι συχνά υγιής.

Προηγουμένως πίστευαν οι φυσικοί ότι τα βαρέα ιόντα προκαλούν την ίδια καταστροφή με τη συμβατική ακτινοβολία ακτίνων X ή ακτίνων γάμμα, που χρησιμοποιείται συνήθως στην ιατρική. Αυτοί οι τύποι των ακτινοβολιών προκαλούν καταστροφή με απλό ιονισμό των ατόμων στα κύτταρα, τη διάσχιση των δεσμών στα μόρια, και την προσβολή με χημικές ρίζες.

Ο Michael Huels και οι συνάδελφοι του στο πανεπιστήμιο Sherbrooke αποφάσισε να εξετάσει  λεπτομερέστερα αυτό το ζήτημα. Πυροδότησαν λοιπόν χαμηλής ενέργειας ιόντα πάνω σε ένα φιλμ με βιομόρια μέσα σε ένα υπερβολικά υψηλό κενό και ανέλυσαν τα ιόντα που απορροφώνται από την ταινία με ένα φασματόμετρο μάζας. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η αρχική ζημιά που προκαλείται από τα ιόντα στις άκρες των διαδρομών τους είναι σημαντικά πιο σύνθετη, πιο συγκεντρωτική και θανατηφόρος από αυτή που προκαλείται από την ακτινοβολία Χ - ή γάμμα. Σοβαρή καταστροφή μπορεί να προκληθεί από τις χαμηλές ενέργειες, όπως 0,25 eV ανά νουκλεόνιο -- που είναι πολύ χαμηλή σε σύγκριση με την ενέργεια μιας χαρακτηριστικής ακτίνας βαρέων ιόντων.

Η νέα εργασία παρακινήθηκε από προηγούμενα πειράματα του Thomas Schlathölter στο Gröningen της Ολλανδίας. Το 2003 ο Schlathölter παρατήρησε ότι θα μπορούσαν να παραχθούν χαμηλής ενέργειας (1 έως 200 eV) δευτερογενή σωματίδια,  αν πυροδοτηθούν υψηλής ενέργειας βαριά ιόντα της περιοχής MeV σε τμήματα DNA. Τα πιο πρόσφατα πειράματα πραγματοποιήθηκαν μετά την ανάπτυξη μιας μηχανής που είναι σε θέση να παράγει βαριά ιόντα με ενέργειες πολύ χαμηλές μόλις 1 eV, στο εργαστήριο Sherbrooke.

Η ομάδα ερευνά τώρα με ποιο τρόπο τα δευτερογενή ιόντα, που δημιουργούνται από τα αρχικά ιόντα μέσα στο DNA, μπορούν να προκαλέσουν καταστροφή αν και έχουν ακόμα χαμηλότερες ενέργειες από τα αρχικά ιόντα.

"Το όνειρό μας είναι ότι κάποια μέρα μερικοί γιατροί θα είναι σε θέση να χειριστούν τα φαινόμενα της ακτινοβολίας βαρέων ιόντων σε μοριακό επίπεδο - παραδείγματος χάριν, αναπτύσσοντας ευαίσθητα όργανα, για να δουν τη δράση των δευτερογενών σωματιδίων που δημιουργούνται στο DNA κατά τη διάρκεια της ιονικής θεραπείας", ο λέει Huels.