Радикальный метод: как тяжелые ионы заставляют воду разрушать опухоли

Может ли вода в нашем организме сыграть ключевую роль в уничтожении раковых клеток? Ответ "да" — и вот почему.

Новое международное исследование, проведенное учёными из Китая, России и Германии, раскрывает, как именно работает терапия тяжелыми ионами. Этот метод лечения давно показывает высокую эффективность по сравнению с традиционными подходами — рентгеновским и протонным облучением. Но механизмы, стоящие за этим успехом, оставались загадкой.

Кто разрушает ДНК

Главным героем исследования стал процесс межатомного кулоновского распада (ICD). Именно он помогает тяжелым ионам разрушать раковые клетки на молекулярном уровне.

Ученые взяли за основу пиримидин — органическую молекулу, связанную с азотистыми основаниями ДНК и РНК, и поместили её в водную среду. С помощью пучков углеродных и железных ионов они облучили молекулы в тканевом окружении.

Что делает вода при облучении

Оказалось, что облучение вызывает ионизацию молекул воды, и они начинают передавать энергию возбуждения другим молекулам — в том числе ДНК. В процессе ICD формируются:

• Низкоэнергетические электроны.
• Гидратированные протоны.
• Гидроксильные радикалы.

Все эти частицы крайне вредны для живой ткани и приводят к разрушению двойной спирали ДНК.

"Выделенный нами процесс не только приводит к ионизации молекулы пиримидина с испусканием низкоэнергетического электрона, но и инициирует перенос протонов между молекулами воды", — объясняет профессор Шэньюэ Сюй.

Почему это открытие важно

До сих пор считалось, что катионы воды распадаются на фрагменты, а те уже косвенно воздействуют на ДНК. Но новое открытие показывает: вред наносится напрямую — ICD работает вблизи ДНК, значительно увеличивая шансы разрыва ее структуры.

И, что особенно важно, тяжелые ионы гораздо чаще вызывают именно внутренне-валентную ионизацию в молекулах воды. Это делает их куда более эффективными против опухолей.

Уточнения

Дезоксирибонуклеи́новая кислота́ (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования организмов.