Hvordan Nuclear Recoil beskadiger DNA

Thorium-232 er et sølvfarvet, radioaktivt metal, der er særligt godt til at absorbere røntgenstråler. I de tidlige dage af røntgenbilleder injicerede læger rutinemæssigt patienter med thoriumdioxid, fordi det producerede billeder med høj kontrast. Mellem 1930'erne og 1950'erne modtog omkring 10 millioner mennesker disse doser.

Fordelen ved thoriumdioxid, eller Thorotrast, som det blev kaldt, er, at det næsten ikke havde nogen umiddelbare bivirkninger på patienterne i modsætning til andre kontrastmidler, som ofte var farlige. Og halveringstiden for thorium er omkring 14 milliarder år, så den er forholdsvis stabil.

Hvad lægerne ikke satte pris på på det tidspunkt, var de langsigtede virkninger på kroppen. Når Thorotrast først er injiceret, sætter den sig i forskellige organer, hvor den har tendens til at blive. Den biologiske halveringstid af stoffet er 22 år.

Når thorium til sidst henfalder, sætter det i gang en sekvens på fem yderligere henfald, der producerer alfapartikler. Disse sker alle relativt hurtigt; fire af dem i løbet af få timer eller brøkdele af et sekund.

Af den grund viste Thorotrast sig at være yderst kræftfremkaldende, men ofte på en tidsskala målt i årtier. Det blev til sidst trukket tilbage som kontrastmiddel i 1950'erne.

Problemet for fysikere er at beregne virkningerne af elementer som thorium på kroppen. De har længe vidst, at de højenergipartikler, der frigives under et henfald, skader kroppen ved at smadre ind i og beskadige molekyler som DNA.

Men i dag siger Evandro Lodi Rizzini og venner ved universitetet i Brescia i Italien, at fysikere har savnet en anden mekanisme, der kan forårsage endnu mere skade.

Polonium-212, for eksempel, frigiver alfapartikler med en energi på 8748 keV, som derefter vil smadre ind i alle molekyler i nærheden, indtil dens energi er blevet absorberet.

Men Lodi Rizzini og co påpeger, at der er en anden komponent i denne reaktion: en kerne af bly-208, som rekylerer med en energi på 170 keV. I tilfældet med Thorium-232 er resultatet en alfapartikel med en energi på 4012 keV og en kerne af radium-228, som rekylerer med en energi på 66 keV.

Ingen har overvejet den skade, disse tilbagegående kerner kan gøre på DNA. Indtil nu.

Lodi Rizzini og venner siger, at når de er større og tungere, vil disse kerner naturligvis rejse mindre langt inde i kroppen, måske en afstand på et par hundrede nanometer. Det betyder, at hvis henfaldet sker i nærheden af ​​DNA, så vil det gøre al sin skade i det område.

Derimod vil alfa-partiklen frigive sin energi i et meget større volumen.

Det har vigtige konsekvenser. Kernen, der trækker sig tilbage efter en α-partikelemission, vil give anledning til en energiaflejring (på en DNA-struktur i nærheden) endda to størrelsesordener større end α-partiklen selv, siger det italienske hold.

Så skaden fra en rekylkerne kan være hundrede gange større end skaden fra en alfa-emission.

Det kan ændre den måde, folk tænker på den skade, som radioaktive henfald kan gøre inde i kroppen. Lodi Rizzini lover en mere detaljeret evaluering i den nærmeste fremtid.

Det kan også føre til nye strategier til at kontrollere den skade, som disse stoffer kan gøre. Hvis det er kernen i stedet for alfa-partiklen, der gør det meste af skaden, kan der være måder at bruge dette til en fordel.

Måske noget for læserne af arXiv-bloggen at spekulere over.

Ref: arxiv.org/abs/1107.3699 : Om betydningen af ​​nuklear rekyl i α-emission nær DNA

skjule