December 16, 2020

Сверхкороткие электронные пучки в исследованиях раковых клеток

Несмотря на ограничения, связанные с пандемией коронавируса, экспериментальные исследования на ускорителе АРЕАЛ не прекращались, в результате были получены новые научные данные.

В рамках исследовательского проекта Molecular and Cellular Effects of Ultrashort Pulsed Radiation”, реализованного при поддержке Российского научного фонда группой ученых, возглавляемой проф. А. Осиповым (РФ) и проф. Р. Арутюняном (РА), опубликованы новые результаты исследований воздействия облучения сверхкоротким электронным пучком раковых клеток. Со статьей можно ознакомиться в декабрьском выпуске международного журнала Journal of Molecular Sciences (IF 4.5, N. Babayan, et al, “Low Repair Capacity of DNA Double-Strand Breaks Induced by Laser-Driven Ultrashort Electron Beams in Cancer CellsInt. J. Mol. Sci., 2020, 21(24), 9488).

Сверхбыстрые сгенерированные лазером электронные пучки характеризуются сверхкороткой длительностью (от фемтосекунд до пикосекунд), высокой пиковой мощностью дозы (до десятков ГГр/с), моноэнергетическим спектральным профилем и низкой боковой дивергенцией. Генерирование направленных сверхкоротких импульсов делает возможным точное воздействие на плотные опухоли без затрагивания ближних здоровых тканей. В то же время длительность облучения одиночным сверхкоротким импульсом намного меньше периода полураспада свободных радикалов (период полураспада гидроксильных радикалов составляет ~1 нс), что указывает на наличие определенных, раннее неизученных физико-химических процессов, способных, в свою очередь, влиять на радиобиологическую эффективность импульсного облучения.

С этой точки зрения воздействие облучения сверхкороткими импульсами на ДНК, в частности, на одно из самых губительных поражений, а именно двойной разрыв цепи, представляет большой интерес как на количественном, так и на качественном уровнях. Общепризнанно, что двойной разрыв цепи является основным стимулирующим фактором клеточных процессов, возникающих как ответ на ионизирующее излучение. Цель данной работы – исследование образования и восстановления кинетики двойного разрыва цепи, вызванного облучением сверхкоротким импульсным и квазинепрерывным электронным излучением раковых клеток человека.

Результаты экспериментов, проводимых на ускорителе АРЕАЛ, показали, что скорость восстановления двойного разрыва цепи при облучении сверхкороткими импульсами меньше, чем при квазинепрерывном облучении. Нецмотря на то, что длительность сверхкороткого импульса составляет всего лишь 0.4 фс, максимальная мощность дозы облучения достигает огромной величины в 16 ГГр/с. Очевидно, что это увеличивает возможность образования сложных, плохо поддающихся восстановлению двойных разрывов цепи. Планируются дальнейшие детальные исследования на ускорителе АРЕАЛ физико-химических механизмов биологических эффектов, вызванных облучением субпикосекундными импульсами.