Los científicos del Laboratorio de Física Experimental de Altas Energías de TSU y sus colegas de la Universidad de Burdeos están estudiando nuevas formas de modelar los efectos de bajas dosis de radiación a nivel celular. Por primera vez, Los físicos simularán los efectos de la radiación en el ADN y calcularán la probabilidad de desarrollar cáncer en diversos entornos químicos y biológicos.

Este es un proyecto interdisciplinario que combina el modelado en física, biología y bioquímica. Los científicos investigarán los procesos que ocurren en la célula como resultado de la exposición a la radiación en moléculas ambientales y macromoléculas biológicas y en procesos fisicoquímicos y bioquímicos posteriores.

Cuando se expone a la radiación en el cuerpo humano, La radiación de alta frecuencia o las partículas de alta energía penetran en la célula viva, eliminando electrones de las moléculas que lo componen. Si al mismo tiempo aparecen iones en la célula o su ADN está dañado, entonces la celda no puede funcionar normalmente. Todos estos procesos serán reproducidos por programas de modelado matemático dentro del paquete de software Geant4.

"Esta herramienta de modelado integrada ya se utiliza en medicina nuclear para el tratamiento de enfermedades oncológicas y también tiene demanda en astronáutica, por ejemplo, para preparar expediciones interplanetarias, porque ayuda a predecir el efecto de la radiación en los astronautas y el equipo durante una estancia prolongada en el espacio, "explica Alexander Khodinov, Jefe del Laboratorio de Física Experimental de Altas Energías de TSU.

En la primera etapa, Los cálculos se realizarán utilizando las instalaciones informáticas de la TSU. La complejidad de tal trabajo es que el cálculo de cada ciclo o evento toma hasta una hora en una computadora moderna.

"La representación real de incluso una sola celda requiere la descripción de una serie de componentes que sea comparable a la descripción de una gran instalación física, ", agrega Alexander Khodinov." No solo tenemos que combinar todos los procesos de modelado en el mismo entorno, pero también aumenta la velocidad de los cálculos utilizando aceleradores de hardware GPU y FPGA ".

El nuevo proyecto fue posible gracias a la participación de físicos de TSU en los experimentos ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN). Los enfoques para crear programas de computadora para el LHC incluyen el desarrollo de métodos para la computación en paralelo y el análisis de grandes cantidades de datos, que ahora se utilizará para estudiar el efecto de la radiación en el ADN.

Más temprano, Los científicos de Tomsk y sus colegas de Francia utilizaron el paquete de aplicaciones de usuario Geant4-DNA para modelar interacciones electrónicas en agua líquida. Los resultados se describen en el artículo "Aplicaciones de ejemplo de Geant4-DNA para simulaciones de estructura de pistas en agua líquida:un informe del proyecto Geant4-DNA".