日前，中國科學(xué)院近代物理研究所科研人員及合作者在重離子治癌微觀機(jī)理研究方面取得重要進(jìn)展。他們首次在生物分子團(tuán)簇中觀測(cè)到重離子輻照導(dǎo)致的分子間能量及質(zhì)子轉(zhuǎn)移級(jí)聯(lián)機(jī)制，該機(jī)制被認(rèn)為是重離子治癌生物學(xué)效應(yīng)優(yōu)異的重要原因，相關(guān)成果日前作為亮點(diǎn)論文發(fā)表在物理學(xué)期刊《物理評(píng)論X》上，并被美國物理學(xué)會(huì)《物理》雜志在線報(bào)道。
重離子治癌是利用重離子束流殺死癌細(xì)胞的一種放射治療技術(shù)，是目前最先進(jìn)的放射治療手段。自1946年科學(xué)家提出用重離子治療腫瘤以來，全球已有超過5萬例患者接受了重離子治療。
中國科學(xué)院近代物理研究所研究員許慎躍介紹：“在相同的劑量下，重離子對(duì)癌細(xì)胞的殺傷能力比X射線等傳統(tǒng)放射治療手段強(qiáng)2~3倍，而且重離子放療能直接導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞DNA的雙鏈斷裂，生物學(xué)效應(yīng)明顯更高。但是，究竟是什么微觀機(jī)制在其中起重要作用，長(zhǎng)期以來并不明確。”
為了深入探究這一問題，科研人員發(fā)展了先進(jìn)的混合團(tuán)簇源技術(shù)，選取DNA中的一種基本結(jié)構(gòu)單元——嘧啶分子作為模型。研究團(tuán)隊(duì)把水分子和嘧啶分子合在一起，制備了尺寸可控的水合嘧啶團(tuán)簇來模擬機(jī)體組織環(huán)境。該實(shí)驗(yàn)在蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)和320千伏高電荷態(tài)離子綜合研究平臺(tái)完成。
研究團(tuán)隊(duì)首次觀測(cè)到，當(dāng)重離子輻照水分子時(shí)，內(nèi)殼層電離的水分子將能量傳遞給嘧啶分子，導(dǎo)致嘧啶分子電離并釋放一個(gè)低能電子。這一過程還會(huì)進(jìn)一步誘發(fā)水分子之間的質(zhì)子轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生也具有殺傷力的羥基自由基。
一般認(rèn)為，內(nèi)殼層電離的水分子并不直接作用于DNA，而是通過自身解離的方式衰變。但此項(xiàng)研究表明，機(jī)體組織中內(nèi)殼層電離的水分子能夠直接作用于DNA將其電離，同時(shí)還會(huì)在DNA周圍產(chǎn)生有殺傷力的次級(jí)粒子。這一過程增大了DNA雙鏈同時(shí)被破壞的可能性。此外，重離子輻照引起水分子內(nèi)殼層電離的比例，顯著高于電子、X射線和質(zhì)子等其他射線。
“此次發(fā)現(xiàn)的微觀機(jī)制，是重離子生物學(xué)效應(yīng)高的重要原因。這項(xiàng)研究可以幫助我們深入理解輻射損傷的分子機(jī)制，有助于在未來優(yōu)化癌癥治療策略、促進(jìn)放射治療新技術(shù)的發(fā)展。”中國科學(xué)院近代物理研究所研究員馬新文表示。
該工作由中國科學(xué)院近代物理研究所主導(dǎo)，聯(lián)合俄羅斯伊爾庫茨克國立大學(xué)、德國海德堡大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、西安交通大學(xué)和蘭州大學(xué)等單位共同完成。該研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委和俄羅斯聯(lián)邦科學(xué)教育部等的支持。
日前，中國科學(xué)院近代物理研究所科研人員及合作者在重離子治癌微觀機(jī)理研究方面取得重要進(jìn)展。他們首次在生物分子團(tuán)簇中觀測(cè)到重離子輻照導(dǎo)致的分子間能量及質(zhì)子轉(zhuǎn)移級(jí)聯(lián)機(jī)制，該機(jī)制被認(rèn)為是重離子治癌生物學(xué)效應(yīng)優(yōu)異的重要原因，相關(guān)成果日前作為亮點(diǎn)論文發(fā)表在物理學(xué)期刊《物理評(píng)論X》上，并被美國物理學(xué)會(huì)《物理》雜志在線報(bào)道。
重離子治癌是利用重離子束流殺死癌細(xì)胞的一種放射治療技術(shù)，是目前最先進(jìn)的放射治療手段。自1946年科學(xué)家提出用重離子治療腫瘤以來，全球已有超過5萬例患者接受了重離子治療。
中國科學(xué)院近代物理研究所研究員許慎躍介紹：“在相同的劑量下，重離子對(duì)癌細(xì)胞的殺傷能力比X射線等傳統(tǒng)放射治療手段強(qiáng)2~3倍，而且重離子放療能直接導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞DNA的雙鏈斷裂，生物學(xué)效應(yīng)明顯更高。但是，究竟是什么微觀機(jī)制在其中起重要作用，長(zhǎng)期以來并不明確。”
為了深入探究這一問題，科研人員發(fā)展了先進(jìn)的混合團(tuán)簇源技術(shù)，選取DNA中的一種基本結(jié)構(gòu)單元——嘧啶分子作為模型。研究團(tuán)隊(duì)把水分子和嘧啶分子合在一起，制備了尺寸可控的水合嘧啶團(tuán)簇來模擬機(jī)體組織環(huán)境。該實(shí)驗(yàn)在蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)和320千伏高電荷態(tài)離子綜合研究平臺(tái)完成。
研究團(tuán)隊(duì)首次觀測(cè)到，當(dāng)重離子輻照水分子時(shí)，內(nèi)殼層電離的水分子將能量傳遞給嘧啶分子，導(dǎo)致嘧啶分子電離并釋放一個(gè)低能電子。這一過程還會(huì)進(jìn)一步誘發(fā)水分子之間的質(zhì)子轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生也具有殺傷力的羥基自由基。
一般認(rèn)為，內(nèi)殼層電離的水分子并不直接作用于DNA，而是通過自身解離的方式衰變。但此項(xiàng)研究表明，機(jī)體組織中內(nèi)殼層電離的水分子能夠直接作用于DNA將其電離，同時(shí)還會(huì)在DNA周圍產(chǎn)生有殺傷力的次級(jí)粒子。這一過程增大了DNA雙鏈同時(shí)被破壞的可能性。此外，重離子輻照引起水分子內(nèi)殼層電離的比例，顯著高于電子、X射線和質(zhì)子等其他射線。
“此次發(fā)現(xiàn)的微觀機(jī)制，是重離子生物學(xué)效應(yīng)高的重要原因。這項(xiàng)研究可以幫助我們深入理解輻射損傷的分子機(jī)制，有助于在未來優(yōu)化癌癥治療策略、促進(jìn)放射治療新技術(shù)的發(fā)展。”中國科學(xué)院近代物理研究所研究員馬新文表示。
該工作由中國科學(xué)院近代物理研究所主導(dǎo)，聯(lián)合俄羅斯伊爾庫茨克國立大學(xué)、德國海德堡大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、西安交通大學(xué)和蘭州大學(xué)等單位共同完成。該研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委和俄羅斯聯(lián)邦科學(xué)教育部等的支持。
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