Ny ultratynd diamantmembran er en radiobiologs bedste ven

Afhængigt af dosis og mål, stråling kan forårsage utrolig skade på raske celler, eller den kan bruges til at behandle kræft og andre sygdomme. For at forstå, hvordan celler reagerer på forskellige doser af stråling, videnskabsmænd skal lede præcise mængder energi til bestemte områder af cellen. Måling af dosis kan være udfordrende, imidlertid, især når man arbejder med lavenergiprotoner.

Et samarbejde mellem forskere fra Université de Bordeaux, Centre National de la Recherche Scientifique og CEA-LIST har udviklet en ultratynd diamantmembran, der kan måle antallet af protoner i en strålingsdosis med næsten perfekt nøjagtighed. Detektoren fastgøres til en mikrostråle med ladede partikler og muliggør levering af stråling til et område, der er mindre end 2 mikrometer bredt. Studiet, udgivet i denne uge i Anvendt fysik bogstaver , repræsenterer et værdifuldt teknologisk fremskridt for strålingsbiologi.

Tidligere eksperimenter havde allerede fastslået, at diamantmembraner kan detektere og kvantificere protoner, men indtil den nuværende undersøgelse, ingen havde udviklet teknologien til biologiske undersøgelser.

"Enheden er fuldstændig kompatibel med levende celler i deres flydende miljø, sagde Philippe Barberet, en biofysiker ved Université de Bordeaux. "Det vil give os mulighed for at bestråle forskellige slags celler og organismer ved hjælp af enkelte protoner, hvilket ikke er så nemt at gøre ved at bruge lavenergiacceleratorer."

Barberet arbejdede med Michal Pomorski på CEA-LIST, som skabte den ultratynde diamantsensor ved at skære ned og derefter plasmaætse en kommercielt tilgængelig, en-krystal diamant til omkring 1 mikrometer tyk. De beklædte begge sider af detektoren med gennemsigtige og elektrisk ledende elektroder for at indsamle det elektriske signal fra protonstrålen, når den passerer gennem diamantmembranen. Dette design er kompatibelt med mikroskopi, sikrer god kontakt mellem detektoren og den biologiske prøve, og tæller protoner med bedre end 98 procents nøjagtighed.

For at teste effektiviteten af ​​diamantmembranerne ved bestråling af levende celler, gruppen brugte en cellelinje konstrueret til at udtrykke et DNA-reparationsprotein kaldet XRCC1, mærket med grønt fluorescerende protein (GFP). Når der opstår DNA-skade i disse celler, GFP'en lyser på stedet for reparationerne.

"XRCC1 er involveret i DNA-reparationsveje, og det er et af de første proteiner, der er rekrutteret, " sagde Barberet. "Du bestråler, og du ser straks en effekt." De leverede 100 protoner med en afstand på 5 mikrometer til cellerne. Det resulterende mønster af grønne bestrålingspletter bekræftede, at strålen påførte skader i cirkler, der målte mindre end 2 mikrometer på tværs.

Diamantmembranerne kan blive et værdifuldt værktøj til at øge præcisionen i strålingsbiologiske forskning. Forskerne bemærker, imidlertid, at deres anvendelighed er begrænset til grupper, der har adgang til protonstråler fra partikelacceleratorer.