Fizyka medyczna w walce z rakiem: artykuł nr 5421
2008-02-14 03:43:12 Medycyna
Metody fizyczne mogą być stosowane w innych dziedzinach nauki, miedzy innymi w biologii. Fizyka medyczna pozwala na przykład rozwijać i udoskonalać metody walki z nowotworami. Swój wkład w badania nad na wprowadzeniem w krajach europejskich nowej terapii nowotworowej opartej na napromieniowaniu molekularnym, mają także polscy naukowcy. Analizę uszkodzeń DNA powstałych w wyniku napromieniowania prowadziła na Uniwersytecie Jagiellońskim dr Katarzyna Psonka.
PROMIENIOWANIE RENTGENOWSKIE A MOLEKULARNE
"W pracy doktorskiej badałam jakościowe i ilościowe uszkodzenia radiacyjne w
DNA, powstałe na skutek napromieniowania promieniowaniem rentgenowskim i
molekularnym, to znaczy za pomocą wiązki wysokoenergetycznych jonów" - tłumaczy
dr Psonka.
Jak mówi, tkanki mogą zostać napromieniowane nie tylko standardowo używanym w
terapii promieniowaniem rentgenowskim, lecz także wiązką ciężkich cząstek
naładowanych. Efekty radiobiologiczne zachodzące w materiale biologicznym zależą
od głębokości, na jaką wnika promieniowanie i od dawki, która na tej głębokości
zostaje zdeponowana. Im dalej w głąb sięga promieniowanie rentgenowskie, tym
mniej energii zostaje pochłonięte. Oznacza to, że największa część energii
zostaje pochłonięta przez tkankę w zewnętrznej części.
"Przy naświetleniu guzów położonych głęboko pod skórą jest to dużym problemem,
ponieważ właśnie na zdrowej skórze deponowana jest większość dawki" W przypadku
ciężkich jonów deponowana energia osiąga maksimum (tzw. maksimum Bragga) na
głębokości odpowiadającej jej maksymalnemu zasięgowi w materiale biologicznym
(tzw. odwrotny profil dawki). Użycie wiązki ciężkich jonów pozwala więc
drastycznie zmniejszyć obciążenie zdrowej tkanki, w szczególności skóry" -
tłumaczy specjalistka.
"Profil dawki można regulować poprzez zmianę energii kinetycznej jonów i ich
intensywności. Dzięki temu precyzyjnie kształtowany jest rozkład dawki
pochłoniętej w nowoczesnej radioterapii nowotworów. Terapia ta opracowana
została przez laboratorium Gesellschaft fűr Schwerionenforschung (GSI)" - mówi
dr Psonka. Dodaje, że terapia ta jest skuteczna, gdy poprawne oszacuje się
spodziewany efektu biologiczny, zależny od parametrów fizycznych użytej wiązki
jonów.
USZKODZENIA NA POZIOMIE GENETYCZNYM
Badaczka przypomina, że łańcuch DNA jest zbudowany z dwóch nici skręconych w
tzw. alfa-helisę. Uszkodzenia DNA są wywoływane przez promieniowanie UV, wolne
rodniki czy promieniowanie jonizujące. W DNA powstaje cała gama różnych
uszkodzeń, m.in. modyfikacje zasad azotowych czy przecięcia łańcucha DNA
(pojedyncze i podwójne). W przypadku dwóch pierwszych rodzajów uszkodzeń
białkowy aparat naprawczy na do dyspozycji drugi nieuszkodzony łańcuch jako
matrycę, z której może odczytać poprawną sekwencję nukleotydów.
"Uszkodzenia podwójne są szczególnie niebezpieczne dla komórek, ponieważ oba
łańcuchy są uszkodzone i oderwane od całości podwójnej nici. Dlatego też są
trudne do naprawy. Jeśli komórka jest w stanie naprawić powstałe uszkodzenia, to
wraca do cyklu komórkowego i dalej działa poprawnie. Jeśli natomiast uszkodzenia
nie są poprawnie zreperowane, komórka nie dzieli się dalej lub umiera. Właśnie
uszkodzenia podwójne prowadzące do fragmentacji molekuł DNA były przedmiotem
moich badań" - tłumaczy dr Psonka.
Plazmidowy DNA ma nieskomplikowaną strukturę, bez wielostopniowej organizacji
przestrzennej z kompleksami białkowymi, jaka występuje w komórkowym DNA.
Używanie go jako modelowego układu pozwoliło ówczesnej doktorantce uprościć
badany problem.
W swojej pracy Katarzyna Psonka posługiwała się metodą mikroskopii sił
atomowych, która pozwala na bezpośrednią obserwację pojedynczych molekuł DNA i
ich fragmentów z nanometrową dokładnością.
WAŻNE ZJAWISKO KLASTERYZACJI USZKODZEŃ
Badaczka pokazała w sposób eksperymentalny, że rozkład dawki deponowanej przez
jony jest silnie niejednorodny. Uszkodzenia tworzone w pobliżu przelatującego
jonu są skorelowane przestrzennie - tworzą się tzw. klastry uszkodzeń. Są one
szczególnie trudne do naprawy przez komórkę. W plazmidowym DNA napromienionym
wiązką jonów klasteryzacja uszkodzeń jest widoczna jako nadprodukcja krótkich
fragmentów DNA.
"Białkowy aparat naprawczy komórki ma do czynienia z czymś w rodzaju puzzli -
duża ilość małych fragmentów, które należy połączyć w odpowiedniej kolejności" -
obrazuje dr Psonka.
W związku z różnicami w produkcji uszkodzeń przez jony i promieniowanie
rentgenowskie wprowadza się tzw. względną skuteczność biologiczną, która jest
miarą efektywności jonów.
Stopień fragmentacji DNA, będący stosunkiem ilości krótkich fragmentów do
długich, posłużył badaczce do oszacowania względnej skuteczności dla użytych
jonów - jest on prawie o rząd wielkości większy w porównaniu do promieniowania
rentgenowskiego.
Badania tego typu mają fundamentalne znaczenie, nie tylko ze względu na
wprowadzenie w krajach europejskich nowej terapii nowotworowej opartej na
napromieniowaniu molekularnym, ale także z racji konieczności oceny naturalnego
ryzyka radiologicznego, na przykład w załogowych lotach kosmicznych).
***
Przewodnikiem Katarzyny Psonki w przygodzie z radiobiologią była prof. Ewa
Gudowska-Nowak, przyszła promotorka jej pracy magisterskiej. Po czwartym roku
studiów dr Psonka złożyła aplikację na Międzynarodowy Letni Program Studencki w
GSI. Tam, pod opieką dr Giseli Taucher-Scholz wykonała pierwsze badania
radiobiologiczne. Stały się one podstawą jej pracy magisterskiej, a potem
doktoratu.
PAP - Nauka w Polsce, Karolina Olszewska
Dzięki uprzejmości: PAP Nauka w Polsce
Wybrane wiadomości z medycyny
- Autyzm mniej tajemniczy
- Denga atakuje Amerykę Łacińską
- Apel Ministra Środowiska w sprawie ptasiej grypy
- Stawiam na mleko! w XIV Sejmie Dzieci i Młodzieży
- Groźne bakterie w wodzie w małopolskich Proszowicach
- Mechanizm powstawania demencji u nosicieli wirusa HIV i chorych na AIDS
- Farba orężem w walce z grypą?