La radiación radiactiva igualmente podría dañar los tejidos biológicos a través de un mecanismo previamente desapercibido

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Cuando las células están expuestas a radiación ionizante, pueden ocurrir reacciones en cadena más destructivas de lo que se pensaba. Un equipo internacional dirigido por investigadores del Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg observó por primera vez la desintegración Coulombic intermolecular en moléculas orgánicas. Esto se desencadena por radiación ionizante como la radiactividad o el espacio. El efecto daña dos moléculas vecinas y eventualmente conduce a la ruptura de enlaces, como los del ADN y las proteínas. El descubrimiento no solo mejora la comprensión del daño por radiación, sino que también podría ayudar en la búsqueda de sustancias más efectivas para respaldar la radioterapia.

A veces, el daño radioactivo no puede ser lo suficientemente grande, especialmente cuando se trata de destruir tejido tumoral con radiación ionizante. En radioterapia, se utilizan sustancias que aumentan específicamente el daño de la radiación en el tejido tumoral. «La desintegración intermolecular de Coulombic que encontramos podría ayudar a que estos sensibilizadores sean más efectivos», dice Alexander Dorn, quien dirige un grupo de investigación en el Instituto Max Planck de Física Nuclear y fue fundamental en el estudio actual. Las observaciones de su equipo también podrían mejorar nuestra comprensión de cómo la radiación ionizante natural o artificial daña el material genético de los tejidos sanos.

El exceso de energía conduce a una explosión de Coulomb

La doble hélice de ADN del genoma se asemeja a una escalera de cuerda con peldaños de pares de bases nucleicas. «Debido a que los experimentos con bases nucleicas libres son difíciles, inicialmente estudiamos pares de moléculas de benceno como un sistema modelo», explica Dorn. Estos anillos de hidrocarburos están conectados de manera similar a bases nucleicas apiladas una encima de la otra en una hebra de ADN. Los investigadores bombardearon los pares de benceno con electrones, imitando así la radiación radiactiva hasta cierto punto. Cuando un electrón golpea una molécula de benceno, se ioniza y se carga con mucha energía. El equipo ahora ha observado que la molécula ha transferido parte de esta energía a su molécula asociada. Este aumento de energía fue suficiente para ionizar también la segunda molécula. Por tanto, ambas moléculas estaban cargadas positivamente. Por supuesto, no duró mucho. Los dos iones moleculares se repelieron y se separaron en una explosión de Coulomb.

Hasta ahora, los científicos habían planteado la hipótesis de que la radiación ionizante daña las biomoléculas principalmente de forma indirecta. La radiación de alta energía también ioniza el agua de la que se compone en gran parte una célula y que rodea biomoléculas como el ADN. Las moléculas de agua ionizada, especialmente los iones de hidróxido, atacan el ADN. Y si un electrón de radiación beta o un cuanto gamma golpea directamente una molécula de ADN, el exceso de energía normalmente se disipa por los procesos de la propia molécula. Permanece tan intacto. O al menos esa era la hipótesis hasta ahora. En cualquier caso, incluso los enlaces débiles entre diferentes moléculas o diferentes partes de la molécula, tal como existen en el ADN y las proteínas, no deberían verse afectados por esto. Sin embargo, en su microscopio de reacción, los investigadores observaron que la radiación radiactiva realmente puede romper esos enlaces. Esta herramienta les permite no solo detectar las dos moléculas de benceno que se separan y medir su energía, sino también caracterizar los electrones emitidos.

Consecuencias fatales de múltiples roturas de ADN

«Aún no está claro cómo afecta la desintegración de Coulomb intermolecular a la cadena de ADN», dice Dorn. Si se rompe una sola hebra en la escalera del ADN, las consecuencias no deberían ser demasiado graves. Sin embargo, el mecanismo observado también libera varios electrones que pueden «hacer estallar» pares de moléculas adicionales. Y si ambas hebras de ADN se rompen muy cerca, esto podría tener consecuencias fatales.

Para evaluar mejor el efecto de la radiación sobre el material genético, el equipo de Dorn ahora también bombardeará pares de ácidos nucleicos con electrones bajo el microscopio de reacción. «Esto es un desafío experimental porque tenemos que calentar las bases nucleicas para vaporizarlas», explica Dorn. «Pero tampoco tienen que calentarse demasiado, para que no se destruyan». Los médicos nucleares también pueden seguir el camino hacia sensibilizadores más efectivos que el equipo de Heidelberg trazó al observar la descomposición intermolecular de Coulomb. Por lo tanto, el mecanismo podría ser relevante para ambos casos de daños por radiación: los que deben evitarse en la medida de lo posible y los que deben ser lo más grandes posible.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Max-Planck-Gesellschaft. Nota: el contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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