Cuando las células vivas son bombardeadas con ayuno, iones pesados, sus interacciones con las moléculas de agua pueden producir electrones "secundarios" dispersos aleatoriamente con una amplia gama de energías. Estos electrones pueden desencadenar reacciones potencialmente dañinas en moléculas biológicas cercanas. produciendo fragmentos cargados eléctricamente. Hasta aquí, sin embargo, los investigadores aún tienen que determinar las energías precisas a las que los electrones secundarios producen ciertos fragmentos. En un nuevo estudio publicado en EPJ D , Investigadores en Japón dirigidos por Hidetsugu Tsuchida en la Universidad de Kioto definen por primera vez los rangos exactos precisos en los que se pueden producir fragmentos cargados positiva y negativamente.

A través de una mejor comprensión de cómo las biomoléculas como el ADN son dañadas por la radiación ionizante, los investigadores podrían realizar nuevos avances importantes hacia terapias contra el cáncer más eficaces. Como balas moleculares los iones pesados ​​dejarán huellas a escala nanométrica a medida que atraviesan el agua; dispersando electrones secundarios a medida que depositan su energía. Estos electrones pueden unirse a moléculas cercanas si tienen energías más bajas, potencialmente haciendo que se fragmenten después; o pueden desencadenar una fragmentación más directa si tienen energías más altas. Dado que el agua comprende el 70% de todas las moléculas en las células vivas, este efecto es particularmente pronunciado en tejidos biológicos.

En su investigación anterior, El equipo de Tsuchida bombardeó gotitas de líquido que contenían el aminoácido glicina con rápido, iones de carbono pesados, luego identificó los fragmentos resultantes mediante espectrometría de masas. Basándose en estos resultados, los investigadores ahora han utilizado modelos informáticos que incorporan métodos de muestreo aleatorio para simular la dispersión de electrones secundarios a lo largo de la trayectoria del agua de un ión de carbono. Esto les permitió calcular los espectros de energía precisos de los electrones secundarios producidos durante el bombardeo de iones; revelando cómo se relacionaban con los diferentes tipos de fragmentos de glicina producidos. A través de este enfoque, Tsuchida y sus colegas demostraron que mientras los electrones con energías inferiores a 13 electronvoltios (eV) producían fragmentos cargados negativamente que incluían cianuro y formiato ionizados, aquellos en el rango entre 13 eV y 100 eV crearon fragmentos positivos como la metilen amina.