211service.com
Hur nukleär rekyl skadar DNA
Thorium-232 är en silvrig, radioaktiv metall som är särskilt bra på att absorbera röntgenstrålar. Under de första dagarna av röntgenbilder injicerade läkare rutinmässigt patienter med toriumdioxid eftersom det producerade bilder med hög kontrast. Mellan 1930-talet och 1950-talet fick cirka 10 miljoner människor dessa doser.
Fördelen med toriumdioxid, eller Thorotrast som det hette, är att det nästan inte hade några omedelbara biverkningar på patienterna, till skillnad från andra kontrastmedel, som ofta var farliga. Och halveringstiden för torium är cirka 14 miljarder år, så det är relativt stabilt.
Vad läkarna inte uppskattade vid den tiden var de långsiktiga effekterna på kroppen. När Thorotrast väl har injicerats sätter det sig i olika organ där det tenderar att stanna. Den biologiska halveringstiden för grejerna är 22 år.
När torium så småningom sönderfaller sätter det igång en sekvens av ytterligare fem sönderfall som producerar alfapartiklar. Allt detta sker relativt snabbt; fyra av dem på några timmar eller bråkdelar av en sekund.
Av den anledningen visade sig Thorotrast vara mycket cancerframkallande men ofta på en tidsskala som mäts i decennier. Det drogs så småningom tillbaka som kontrastmedel på 1950-talet.
Problemet för fysiker är att beräkna effekterna av element som torium på kroppen. De har länge vetat att de högenergipartiklar som frigörs under ett sönderfall skadar kroppen genom att krossa och skada molekyler som DNA.
Men idag säger Evandro Lodi Rizzini och kompisar vid universitetet i Brescia i Italien att fysiker har missat en annan mekanism som kan orsaka ännu mer skada.
Polonium-212, till exempel, släpper ut alfapartiklar med en energi på 8748 keV, som sedan kommer att slå in i alla molekyler i närheten tills dess energi har absorberats.
Men Lodi Rizzini och co påpekar att det finns en annan komponent i denna reaktion: en kärna av bly-208 som rekylerar med en energi på 170 keV. I fallet med Thorium-232 är resultatet en alfapartikel med en energi på 4012 keV och en kärna av radium-228 som rekylerar med en energi på 66 keV.
Ingen har tänkt på vilken skada dessa rekylkärnor kan göra på DNA. Tills nu.
Lodi Rizzini och kompisar säger att eftersom dessa kärnor är större och tyngre kommer de uppenbarligen att resa mindre långt i kroppen, kanske ett avstånd på några hundra nanometer. Det betyder att om sönderfallet inträffar nära DNA, kommer det att göra all skada i det området.
Däremot kommer alfapartikeln att frigöra sin energi i en mycket större volym.
Det får viktiga konsekvenser. Kärnan som rekylerar efter en α-partikelemission kommer att ge upphov till en energideposition (på en DNA-struktur i närheten) till och med två storleksordningar större än α-partikeln själv, säger det italienska teamet.
Så skadan från en rekylkärna kan vara hundra gånger större än skadan från en alfaemission.
Det kan förändra hur människor tänker på den skada som radioaktiva sönderfall kan göra inuti kroppen. Lodi Rizzini lovar en mer detaljerad utvärdering inom en snar framtid.
Det kan också leda till nya strategier för att kontrollera den skada som dessa ämnen kan göra. Om det är kärnan snarare än alfapartikeln som gör det mesta av skadan, kan det finnas sätt att använda detta till en fördel.
Något för arXiv-bloggens läsare att spekulera i, kanske.
Ref: arxiv.org/abs/1107.3699 : Om betydelsen av nukleär rekyl i α-utsläpp nära DNA