Una comprensión precisa de cómo los haces de iones afectan el tejido biológico es de gran importancia tanto para las aplicaciones de radioterapia como para la evaluación de los riesgos de radioprotección, por ejemplo, para los astronautas en misiones a largo plazo en el espacio. Los grupos de investigación de biología y biofísica de radiación dirigidos por el profesor Markus Löbrich TU Darmstadt y el profesor Marco Durante GSI respectivamente fueron los primeros en realizar análisis experimentales de alta resolución sobre la distribución de lesiones 3D inducida por haces de iones de alta energía en el tejido biológico y compararlos con las predicciones teóricas del modelo.
Los efectos biológicos de la radiación consisten en el daño causado a la información genética ADN contenida en cada núcleo celular. Sin embargo, las células cuentan con poderosos mecanismos de reparación que pueden deshacer gran parte del daño causado por la radiación. Que los haces de iones pueden inducir mayores efectosque la radiación convencional de fotones por ejemplo, rayos X puede explicarse por la energía extremadamente alta que emiten sobre un espacio muy pequeño alrededor de la ruta de los iones. En otras palabras, los haces de iones pueden inducir daños locales altamente complejos que son mucho más resistentes a los esfuerzos de reparaciónque el daño causado por la radiación de fotones.
Las concepciones favorecidas hasta la fecha de los patrones de lesión 3D inducidos por el haz de iones se basan sobre todo en consideraciones teóricas deducidas de las mediciones de las propiedades físicas. No hay datos de medición disponibles para los sistemas biológicos.
En un proyecto de investigación conjunto, los científicos de TU Darmstadt y GSI Hemholtzzentrum für Schwerionenforschung fueron los primeros en analizar la distribución de lesiones 3D en el tejido biológico a nivel de submicrometre y comparar sus hallazgos con predicciones teóricas. Los experimentos de radiación en GSI utilizaron alta energíahaces de iones con las mismas características que la radiación cósmica en el espacio.
Identificación con marcador
Los análisis se realizaron en un tejido con una densidad particularmente alta de núcleos celulares, lo que facilitó una detección prácticamente continua de daño en el ADN. La identificación del daño implicó el uso de un marcador para la forma más grave de daño biológico, la doble cadena de ADNse rompe, causando la pérdida irreversible de información genética clave. Este enfoque experimental puede visualizar los rastros de daño en el ADN inducido por iones en muchas células. Las mediciones muestran claramente la concentración de daño en el centro de la ruta de iones y una frecuencia de lesión que disminuye rápidamente lejos deesta.
Efectos previstos con mayor precisión
Por un lado, estos hallazgos biológicos confirman los supuestos de la distribución de lesiones en 3D en función de las propiedades físicas medidas. Por otro lado, pueden usarse para un análisis crítico y una cuasi calibración de los diversos modelos de predicción. Estos datos proporcionan un componente esencialde un modelo para la predicción de la eficacia de la radiación que fue desarrollado por físicos de GSI y aplicado para la planificación del tratamiento en los centros de terapia de haz de iones en Heidelberg, Marburg, Pavia y Shanghai para sus horarios de tratamiento de tumores.
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Materiales proporcionado por Technische Universität Darmstadt . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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