Сабабҳои зарар ҳангоми радиотерапияи протон тавассути тадқиқот оид ба аксуламали ҳаяҷонбахши электронии ДНК ба радиатсияи протон равшан карда шуданд. Мувофики тадкикотхо оид ба таъсири шуоъхои иондоркунанда ба саломатии инсон дар сохаи биологияи радиационй, кислотаи дезоксирибонуклеин (ДНК) максади асосии таъсири зараровари радиация мебошад. Радиатсияи ионизатсия метавонад боиси ҷамъшавии назарраси энергияи маҳаллӣ дар ДНК гардад ва боиси шикастани спирали дукарата гардад, ки метавонад боиси мутатсияҳо, нуқсонҳои хромосомӣ ва тағирёбии ифодаи ген гардад. Барои эҷоди усулҳои радиатсионӣ ва такмил додани чораҳои муҳофизати радиатсионӣ фаҳмидани механизмҳои ин таъсирот муҳим аст.
Кристофер Шепард аз Донишгоҳи Каролинаи Шимолӣ дар Чапел Ҳилл ва ҳамкорони ӯ бо истифода аз симулятсияҳои пурқуввати компютерӣ нишон медиҳанд, ки кадом қисми молекулаи ДНК ҳангоми дучор шудан ба радиатсияи зарраҳои заряднок энергияи зарароварро ҷаббида мекунад. Тадқиқоти ӯ метавонад рӯзе дар коҳиш додани таъсири радиатсионӣ дар табобати саратон ва парвози кайҳонии инсон саҳм гузорад.
Таъсири мутақобилаи радиатсионӣ бо сохтори электрикии ДНК раванди мураккабро талаб мекунад. Динамикаи дақиқи ин таъсироти мутақобила дар сатҳи атомро моделҳои компютерие, ки ҳоло дар радиобиология ва терапияи терапияи радиатсионӣ истифода мешаванд, сабт намекунанд. Ба ҷои ин, ин моделҳо муайян мекунанд, ки оё заррачаи радиатсионӣ, ба монанди фотон ё ион, ки ҳаҷми ҳуҷайраро убур мекунад, энергияи кофӣ барои шикастани як ё ҳарду риштаи ДНК бо истифода аз қисмҳои геометрӣ интиқол медиҳад. Моделҳо танҳо эҳтимолиятро медиҳанд, ки популятсияи ҳуҷайраҳо пас аз гирифтани вояи муайяни радиатсионӣ, бидуни тавсифи таъсири мутақобила дар сатҳи атом, дубора тавлид карданро қатъ мекунанд.
Радиатсияи ионизатсиякунанда, ки қобилияти ғайрифаъол кардани ҳуҷайраҳоро дорад, метавонад барои боздоштани афзоиши варам истифода шавад. Дар асл, радиатсионӣ то ҳол яке аз усулҳои маъмултарини табобати саратон мебошад. Аммо, вақте ки барои табобати саратон истифода мешавад, табобат метавонад ба бофтаҳои солим таъсири манфӣ расонад. Фотонҳои энергияи баланд пас аз ворид шудан ба бадан дар терапияи гамма ва рентгенӣ энергияро зуд гум мекунанд. Аз тарафи дигар, зарраҳои заряднок, ки дар радиотерапияи ионҳои вазнин истифода мешаванд, дар охири масофаи сафар қисми зиёди энергияи худро гум мекунанд. Махсусан барои зарраҳои тез ҳаракаткунанда, ин талафоти баланди энергия дар масофаи хеле кӯтоҳ боиси афзоиши назарраси энергияи дар ҳаҷми маҳдуд ҷамъшуда мегардад.
Қобилияти ба таври дақиқ ҳадаф гирифтани шакл ва умқи варам бо нури зарраҳои заряднок ба радиотерапевтҳо имкон медиҳад, ки зарари бофтаи солимро берун аз варам кам карда, бофтаи солимро дар пеши варам нигоҳ доранд. Аз сабаби интихоби худ, радиатсияи ионҳои вазнин як равиши муосири табобатӣ мебошад, ки метавонад бемориҳои ашаддӣ, ки дигар бо табобатҳои маъмулӣ табобатнашаванда ҳисобида намешаванд, табобат кунад.
Таъсири кулонӣ байни орбиталҳои электронӣ барои қисми зиёди энергияе, ки заррачаи заряднок ба муҳит интиқол медиҳад, масъул аст. Истилоҳи "қувваи боздошти радиатсионӣ" ба қобилияти мавод барои таъхир ё боздоштани зарраҳои заряднок ба монанди электронҳо ё ионҳо ҳангоми гузаштан аз он ишора мекунад. Энергияи миёна барои ионизатсия кардани атом ё молекула дар муҳити атроф аксар вақт барои чен кардани ин қобилият истифода мешавад.
Самаранокии терапияи радиатсионӣ бояд тавассути чен кардани қувваи боздоштани модда арзёбӣ карда шавад. Қувваи боздоштан одатан аз рӯи энергияе, ки барои як миллиметри ҳаракат барои бофтаҳои биологӣ сарф мешавад, ифода карда мешавад. Азбаски як молекулаи ДНК ба ҳисоби миёна 2 нм дорад, дар айни замон чен кардани қувваи қатъкунӣ дар миқёси ДНК имконнопазир аст.
Шепард ва ҳамкасбон интиқоли энергияро аз протонҳои энергияи баланд ба ДНК-и гудохташуда ё маҳлули ДНК ба занҷирҳои паҳлӯии шакар-фосфат ва ҷузъҳои магистрали нуклеобаза тақсим карда, бо истифода аз моделсозии миқёси ҳисоббарорӣ дар суперкомпютерҳо чен карданд. Онҳо мураккабии молекулавии системаи ДНК-ро бо истифода аз назарияи вобаста ба зичии функсионалӣ (DFT) арзёбӣ карданд. DFT як усули ҳисоббарорӣ мебошад, ки барои таҳқиқи таркиби электронии ҷисмҳои сахт, молекулаҳо ва атомҳо истифода мешавад. Он ба ақида асос ёфтааст, ки як функсияе, ки зичии электронҳои системаро тавсиф мекунад, метавонад хосиятҳои системаи бисёрэлектрониро пешгӯӣ кунад.
Ба ҷои ҳалли муодилаи Шредингер барои ҳар як электрон дар система, DFT маҷмӯи пиндоштҳоро барои ҳисоб кардани таъсири мутақобилаи электронҳо истифода мебарад, ки онро як усули муассир барои муайян кардани сохтори электронии системаҳои калон месозад. Ҳисоб кардани сохтори электрикии системаҳои мураккаб, ки бо истифода аз усулҳои муқаррарӣ омӯхтан ғайриимкон буд, ҳоло ба шарофати тахминҳо имконпазир аст.
Муҳаққиқон симулятсияҳоро барои тавсифи энергияи умумии системаи ДНК ҳамчун функсияи математикии вобаста ба зичии электрон истифода бурданд. Функсияи мавҷи система, ки эҳтимолияти ёфтани электронро бо спини муайян дар мавқеи муайян тавсиф мекунад, метавонад барои ҳисоб кардани зичии электрон истифода шавад. Бо истифода аз ин усул, онҳо кашф карданд, ки ҷобаҷогузории электронҳо дар тӯли сафари протон хеле локализатсия шудааст ва дар орбиталҳои ба занҷирҳои фосфатӣ наздиктар хеле баландтар аст. Ҷойгиршавии бештар маънои онро дорад, ки устухони қанд-фосфати ДНК назар ба нуклеобазаҳо энергияи бештарро ба худ мегирад.
Симуляцияҳо ба эътиқоди маъмул дар бораи он, ки қувваи қатъкунӣ ба зичии ададии сӯрохиҳои дар миёна тавлидшуда мутаносибан баръакс аст, шубҳа мекунад. Дар партави бозёфтҳои худ, Шепард ва ҳамкорони онҳо баҳс мекунанд, ки қобилияти боздоштани муҳити обшудаи ДНК низ аз энергияи сӯрохиҳои офаридашуда вобаста аст. Тибқи бозёфтҳои онҳо, шоҳроҳи шакар-фосфат басомади баландтари тавлиди сӯрохиҳои электрониро нишон медиҳад, ки метавонад боиси тавлиди радикалҳои озоди ба таври ҷиддӣ зараровар гардад. Атомҳо ё молекулаҳои обӣ, ки як электрони валентии ҷуфтнашуда доранд ва аз ин рӯ бо муҳити маҳаллӣ хеле реактивӣ доранд, радикалҳои озод номида мешаванд. Дар натиҷаи реаксияи радикалҳо бо устухони шакар-фосфат, дар ниҳоят як ё якчанд риштаҳои ДНК метавонанд канда шаванд.
Ин кор арзиш ва қудрати компютерҳои сермаънои бисёрасосиро барои таҳқиқи динамикаи мураккаби мутақобила, ки дубора тавлид кардан дар шароити лабораторӣ душвор аст, нишон медиҳад. Бозёфтҳо барои бартараф кардани фарқияти донишҳо байни радиобиология ва физикаи интиқоли зарраҳои заряднок тавассути муайян кардани он, ки зарраҳои заряднок қисми зиёди энергияи худро дар як молекулаи ДНК мутамарказ мекунанд, кӯмак мекунанд. Бо вуҷуди ин, қабули натиҷаҳои тадқиқот бояд бо эҳтиёт анҷом дода шавад, то он даме, ки далелҳои ампирикӣ барои дастгирии гипотезаҳои тадқиқотчиён дастрас бошанд. Самаранокии радиатсияи ионизатсияи терапевтӣ метавонад бо фаҳмиши беҳтари механизмҳои зарари ДНК беҳтар карда шавад. Онҳо инчунин метавонанд муҳофизат, ба монанди доруҳои нав, бар зидди таъсири зараровари радиатсияи ионизатсиякунанда ба ҳуҷайраҳои солим эҷод кунанд.
Манбаъ: physics.aps.org/articles/v16/41
Günceleme: 14/03/2023 13:13