|
|
 |
Ολέθρια προσκόλληση
|
|
|
|
|
|
|
Δεν μας αιφνιδιάζει το γεγονός ότι η υψηλής ενέργειας ιονίζουσα ακτινοβολία βλάπτει το DNA, καθώς προσπίπτει ορμητικά στα κύτταρα. Κάθε σωματίδιό της μπορεί να μεταφέρει ενέργεια ώς και 1 εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη αυτής ενός φωτονίου ορατού φωτός. Ωστόσο, πρόσφατα πειράματα έχουν δείξει ότι ακόμη και ηλεκτρόνια της ιονίζουσας ακτινοβολίας με σημαντικά χαμηλή ενέργεια είναι σε θέση να διαλύουν βασικά μοριακά συστατικά μέρη του RNA και του DNA. Το αποτέλεσμα τούτο είναι σημαντικό τόσο για την κατανόηση των βιολογικών επιπτώσεων που επιφέρουν τα χαμηλά επίπεδα ακτινοβολίας όσο και για τη βελτίωση των ακτινοθεραπευτικών σχημάτων.
Το μεγαλύτερο μέρος της βλάβης που επιφέρει ένα σωματίδιο ιονίζουσας ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας δεν οφείλεται σε άμεση πρόσκρουση με τα άτομα. Αντίθετα, καθ’ όλο το μήκος της τροχιάς του αποδεσμεύει ηλεκτρόνια εκτοξεύοντάς τα μακριά ―όπως όταν μια μπάλα του μπόουλινγκ προσκρούει ορμητικά στις κορύνες. Καθένα από τούτα τα «δευτερογενή» ηλεκτρόνια λαμβάνει μέτρια ποσότητα ενέργειας, της τάξεως του 1 με 20 eV ―συγκρίσιμη με εκείνη ενός φωτονίου του ορατού ή του υπεριώδους φάσματος . Η ιονίζουσα ακτινοβολία, για κάθε ΜeV ενέργειας που μεταφέρει, απελευθερώνει με το χτύπημά της περίπου 40.000 τέτοια ηλεκτρόνια.
Πριν από το 2000, δεχόμασταν ότι το DNA μπορούσε να υποστεί βλάβη από δευτερογενή ηλεκτρόνια μόνο αν αυτά διέθεταν ενέργεια περισσότερη των 10 eV, ενέργεια ικανή να ιονίσει το DNA. Τότε μια συνεργασία με επικεφαλής τους Léon Sanche, Darel Hunting και Michael A. Huels του Πανεπιστημίου Sherbrooke στο Κεμπέκ μελέτησαν τις επιδράσεις ηλεκτρονίων με ενέργεια 3 eV και βρήκαν ότι ακόμη και τούτα ήταν ικανά να σπάσουν τις αλυσίδες στη διπλή έλικα ενός μορίου DNA. Τα ηλεκτρόνια φαίνεται πως καταφέρνουν το καταστρεπτικό τους πλήγμα με το να προσκολλώνται αρχικά σε ένα από τα συστατικά μόρια του DNA· στη συνέχεια, το αρνητικό ιόν που προκύπτει διασπάται. Τα προϊόντα της διάσπασης μπορούν με τη σειρά τους να καταστρέψουν, μέσω χημικής αντίδρασης, και την άλλη αλυσίδα. Συνήθως ο κυτταρικός μηχανισμός που επιδιορθώνει το DNA μπορεί να επισκευάσει μια απλή βλάβη, όμως οι σύνθετες ή οι κοντινές μεταξύ τους βλάβες, όπως αυτές που συζητούνται εδώ, πιθανόν και να ξεπερνούν τις δυνατότητές του.
Η ομάδα του Tilmann Märk στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουγκ, στην Αυστρία, έχει τώρα επεκτείνει το όριο της χαμηλότερης ενέργειας αρκετά κάτω από το 1 eV. Αντί να μελετά ολόκληρα μόρια DNA, η ομάδα προκάλεσε τη σύγκρουση μιας δέσμης ηλεκτρονίων χαμηλής ενέργειας με δέσμες αέριας ουρακίλης, θυμίνης και κυτοσίνης (οι αζωτούχες βάσεις που σχηματίζουν τα «σκαλοπάτια» στο μόριο του RNA ή του DNA), αλλά και δεοξυριβόζης (ένα από τα μοριακά συστατικά στο σκελετό κάθε αλυσίδας). Σύμφωνα με τον Märk, ακόμη και ηλεκτρόνια με σχεδόν μηδενική ενέργεια «καταστρέφουν τη δεοξυριβόζη πολύ αποτελεσματικά, [παράγοντας] ένα πλήθος ιόντων». Όπως και στα πειράματα με ολόκληρες αλυσίδες DNA, τα ηλεκτρόνια φαίνεται πως δρουν με το να προσαρτώνται στο εν λόγω μόριο, το οποίο στη συνέχεια διαλύεται χάνοντας ένα άτομο υδρογόνου ή κάποιο μεγαλύτερο συσσωμάτωμα ατόμων.
Και οι δύο συνεργασίες έχουν επίσης μελετήσει τις επιδράσεις της προσάρτησης χαμηλοενεργειακών ηλεκτρονίων σε μόρια αλογονοουρακίλης ―στην οποία ένα άτομο αλογόνου, όπως το βρώμιο, έχει αντικαταστήσει ένα άτομο υδρογόνου. Πάνω από 40 χρόνια πριν, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η αντικατάσταση της θυμίνης στο DNA με βρωμοουρακίλη αυξάνει την ευαισθησία του κυττάρου στην ακτινοβολία (η θυμίνη μοιάζει με τη βρωμοουρακίλη πλην όμως στη θέση του βρωμίου διαθέτει μια μεθυλομάδα). Μερικές μελέτες έχουν δείξει ότι και η φθοροουρακίλη, η οποία χρησιμοποιείται στη χημειοθεραπεία, αυξάνει την ευαισθησία των νεοπλασματικών κυττάρων στην ακτινοβολία (η κύρια θεραπευτική της δράση, ωστόσο, είναι η αναστολή της σύνθεσης του DNA ή του RNA). Φέτος, η ομάδα στο Ίνσμπρουγκ βρήκε ότι και η χλωροουρακίλη είναι 100 φορές πιο ευαίσθητη από την κοινή ουρακίλη στο να διασπάται από τα ηλεκτρόνια.
Φυσικά, οι αντιδράσεις με αέρια ουρακίλη σε χαμηλή συγκέντρωση και υπό κενό πόρρω απέχουν από τις αντιδράσεις μέσα στο μόριο του DNA in vivo, με τα αμέτρητα μόρια νερού σε στενή γειτνίαση. Ως προς το θέμα αυτό, ο Märk λέει ότι η ομάδα του «σχεδιάζει να εγκλείσει αυτά τα μόρια σε ένα σμήνος μορίων νερού και κατόπιν να μελετήσουν τις αλληλεπιδράσεις με τα ηλεκτρόνια». Εν τω μεταξύ, ο Huels και οι συνεργάτες του μελετούν τη βρωμοουρακίλη in situ στις αλυσίδες του DNA με σκοπό να επαυξήσουν την αποτελεσματικότητά της στην ακτινοθεραπεία. Έχουν βρει ότι η ακτινοευαισθητοποιός επίδραση της βρωμοουρακίλης εξαρτάται από τη δομή του DNA και από την αλληλουχία των βάσεων όπου η βρωμοουρακίλη βρίσκεται ενσωματωμένη. «Αυτό ενδεχομένως να μας επιτρέψει να στοχεύουμε κατευθείαν συγκεκριμένες θέσεις μέσα στα νεοπλασματικά κύτταρα» λέει ο Huels.
|
|
|
|
|
|
