Radioterapia ar putea fi regândită. Un cercetător român a contribuit la o descoperire cu implicaţii majore în lupta împotriva cancerului

În timp ce  efectul  moleculelor radiosensibilizatoare în cadrul terapiilor utilizate  în  lupta împotriva  cancerului  se  cunoaşte  de  multă  vreme,  mecanismele  moleculare  exacte  din  spatele acestuia – capacitatea radiosensibilizatorului administrat  intratumoral de  a  creşte la nivel local potenţialul de distrugere, prin efectul radiaţiilor, a celulelor canceroase – nu au fost descifrate încă se arată într-un comunicat remis Descoperă.

O echipă internaţională de cercetători din Japonia, Finlanda, SUA, Franţa, China, Coreea şi România a pus în evidenţa modul în care molecula se destramă şi natura fragmentelor ionice formate prin „explozia” edificiului molecular imediat după ionizare, făcând astfel lumină asupra rolului ionilor energetici  în  iniţierea  reacţiilor  de  distrugere a  materialului  genetic, ducând în cele  din urmă la eliminarea celulelor canceroase.

Oamenii  de  ştiinţă  au  ilustrat  modul  în  care  molecula 5-iodouracil (centru), un analog de bază azotată intervenind în  structura acidului ribonucleic (maro) şi cunoscut ca având un efect radiosenzibilizator, se destramă, ducând la producerea locală al unui ”mix  de  radiaţii”, imediat după iradierea cu raze X (ilustrate prin raza de lumină albastră). Copyright: Kiyonobu Nagaya, Departmentul de Fizică, Universitatea din Kyoto, Japonia.

Experimentul a fost realizat în Japonia, la SACLA, a doua infrastructură laser cu electroni liberi în domeniul razelor X din lume. Pulsurile  de raze X ale acestui  laser sunt atât de luminoase şi atât de scurte încât au capacitatea de a „despuia” (stripping) nucleele atomice, îndepărtând majoritatea electronilor din moleculele vizate, care apoi explodează în doar o fracţiune de secundă. Echipa a reuşit să măsoare energiile cinetice şi direcţiile de  emisie  a fragmentelor  ionice  ejectate  din 5-iodouracil (IU), o moleculă analoagă cu o bază azotată cu relevanţă biologică, al cărui efect radiosensibilizator se cunoaşte de multă vreme. Măsurătorile au putut fi reproduse în mod fidel cu ajutorul modelării teoretice.

Acest  efort comun al experimentatorilor şi teoreticienilor, publicat în Physical Review X, revistă de primă importanţă a APS –
Societatea Americană de Fizică, şi care se vor publica, de asemenea, şi în Faraday Discussions, revista Societăţii Regale de Chimie, dovedeşte fără echivoc producţia locală a unui ”mix  de radiaţii”, constând în ioni energetici, al căror efect de distrugere locală se  adaugă celui genotoxic, deja cunoscut, al electronilor de energie joasă generaţi prin mecanismele de relaxare electronică în cascadă.

”Ne aşteptăm ca producerea ”mixului  de  radiaţii” descoperită aici să contribuie la înţelegerea în ansamblu a modului în care funcţionează radiosensibilizatorii la nivel molecular şi ca ea să inspire conceperea de noi medicamente de radiosensibilizare, ameliorând astfel eficienţa radioterapiilor.”, declară dr. Cătălin  Miron, de  la ELI-NP, care a contribuit la realizarea experimentală şi la interpretarea acestor rezultate.

”Prezentul studiu indică de  asemenea, în mod clar, faptul că, încă din stadiile incipiente ale dinamicii moleculare iniţiate de către interacţia cu radiaţia laserului X cu electroni liberi, doar atomii de hidrogen au timp să se deplaseze semnificativ, în vreme ce legăturile dintre atomii mai grei se alungesc doar puţin.”, declară Kiyoshi Ueda, de la Universitatea Tohoku, cel care a conceput acest studiu în calitate de coordonator.

”Acest rezultat validează astfel şi metodologia pentru imagistica difractivă single-shot a bio-macromoleculelor confirmând laserul cu electroni liberi în domeniul razelor X, ca fiind un instrument fiabil.”, adaugă în continuare Ueda.

Radiaţia laser în  femtosecunde (10^-15 s) de mare putere şi combinarea acesteia cu cea mai strălucitoare sursă acordabilă de raze ƴ  construită vreodată, aşa cum va fi cea în curând disponibilă la ELI-NP, ar putea permite parcurgerea următorilor paşi în vederea implementării mecanismelor descoperite aici pentru aplicaţii biomedicale practice.

Rezultatul a fost obţinut de o echipă internaţională de oameni de ştiinţă de la Universitatea Tohoku, Universtitatea Kyoto, Universtitatea Hiroshima, Institutul Tehnologic Hiroshima, Universitatea Hokkaido, Centrul RIKEN Spring-8, şi JASRI Japonia), Universitatea Turku (Finlanda), Universitatea Statului Kansas (SUA), Synchrotron SOLEIL (Franţa), Universitatea Beihang, SARI şi SINAP (China), POSTECH (Coreea), şi IFIN-HH / ELI – NP (România).

Contactat de Descoperă, dr. Cătălin  Miron a precizat că experimentul şi interpretarea rezultatelor lui au durat circa doi ani. ”Această descoperire va duce la regândirea radioterapiei. Pe termen mediu, în 10 – 15 ani, pe baza înţelegerii mecanismului molecular, vor apărea elemente care să se folosească în radoterapie şi care să fie mult mai bune, pentru că, în prezent, razele X de energie înaltă, care se folosesc în acest tratament, şi care omoară celulele canceroase, distrug, din păcate, şi ţesuturi bune”, a explicat dr. Cătălin  Miron, de  la ELI-NP.

Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI- NP), pilonul românesc al proiectului ELI, este cel mai mare proiect de investiţii în cercetare ştiinţifică din istoria României şi unul dintre cele mai mari din lume în momentul actual. ELI va deveni CERN-ul fizicii laserilor pentru Europa.