Identifikation af biomolekylefragmenter i ioniserende stråling

Når levende celler bombarderes med hurtige, tunge ioner, deres interaktioner med vandmolekyler kan producere tilfældigt spredte 'sekundære' elektroner med en lang række energier. Disse elektroner kan derefter fortsætte med at udløse potentielt skadelige reaktioner i nærliggende biologiske molekyler, producerer elektrisk ladede fragmenter. Indtil nu, imidlertid, forskere mangler endnu at bestemme de præcise energier, ved hvilke sekundære elektroner producerer visse fragmenter. I en ny undersøgelse offentliggjort i EPJ D. , forskere i Japan ledet af Hidetsugu Tsuchida ved Kyoto Universitet definerer for første gang de præcise nøjagtige områder, hvori positivt og negativt ladede fragmenter kan produceres.

Gennem en bedre forståelse af, hvordan biomolekyler såsom DNA beskadiges af ioniserende stråling, forskere kunne gøre vigtige nye fremskridt hen imod mere effektive kræftbehandlinger. Som molekylære kugler, tunge ioner vil efterlade spor i nanometerskala, når de passerer gennem vand; spreder sekundære elektroner, når de afsætter deres energi. Disse elektroner kan så enten binde sig til nærliggende molekyler, hvis de har lavere energier, potentielt få dem til at fragmentere bagefter; eller de kan udløse mere direkte fragmentering, hvis de har højere energier. Da vand udgør 70% af alle molekyler i levende celler, denne effekt er særlig udtalt i biologiske væv.

I deres tidligere forskning, Tsuchidas team bombarderede væskedråber indeholdende aminosyren glycin med hurtig, tunge kulstofioner, identificerede derefter de resulterende fragmenter ved hjælp af massespektrometri. Ud fra disse resultater, forskerne har nu brugt computermodeller, der inkorporerer tilfældige prøveudtagningsmetoder til at simulere sekundær elektronspredning langs en carbonions vandspor. Dette gjorde det muligt for dem at beregne de præcise energispektre af sekundære elektroner produceret under ionbombardement; afsløre, hvordan de forholdt sig til de forskellige typer af producerede glycinfragmenter. Gennem denne tilgang, Tsuchida og kolleger viste, at mens elektroner med energier lavere end 13 elektronvolt (eV) fortsatte med at producere negativt ladede fragmenter inklusive ioniseret cyanid og formiat, dem i området mellem 13eV og 100eV skabte positive fragmenter såsom methylenamin.