Los haces de iones se utilizan a menudo en la actualidad en el tratamiento del cáncer:esto implica que se disparen átomos cargados eléctricamente al tumor para destruir las células cancerosas. A pesar de que, en realidad, no son los iones mismos los que causan el daño decisivo. Cuando los iones penetran a través de material sólido, pueden compartir parte de su energía con muchos electrones individuales, que luego continúan moviéndose a una velocidad relativamente baja, y son precisamente estos electrones los que luego destruyen el ADN de las células cancerosas.

Este mecanismo es complejo y aún no se comprende completamente. Los investigadores de TU Wien ahora han podido demostrar que un efecto previamente poco observado en realidad juega un papel fundamental en este contexto:debido a un proceso llamado desintegración Coulombic interatómica, un ion puede transmitir energía adicional a los átomos circundantes. Esto libera una gran cantidad de electrones, con la cantidad justa de energía para causar un daño óptimo al ADN de las células cancerosas. Para comprender y mejorar aún más la eficacia particular de la terapia iónica, este mecanismo absolutamente debe tenerse en cuenta. Los resultados se publicaron recientemente en la publicación especializada Revista de letras de química física .

Una partícula rápida o muchas lentas

Cuando una partícula cargada penetra en un material a gran velocidad, como el tejido humano, deja un desorden atómico gigante a su paso:"Esto puede desencadenar toda una cascada de efectos, "dice Janine Schwestka, autor principal de la publicación reciente, quien actualmente está trabajando en su disertación en el equipo dirigido por el Prof. Friedrich Aumayr y el Dr. Richard Wilhelm. Cuando el ion se mueve a través de otros átomos, estas y otras partículas pueden ionizarse, los electrones rápidos vuelan y luego chocan con otras partículas. Por último, un ayuno Los iones cargados pueden desencadenar una lluvia de partículas de cientos de electrones, cada uno con una energía mucho menor.

En todos los días de la vida, estamos acostumbrados a que los objetos rápidos tengan efectos más dramáticos que los más lentos:una pelota de fútbol pateada con toda su fuerza causa mucho más daño en una tienda de porcelana que una que se rueda suavemente. A nivel atómico, sin embargo, esto no se aplica:"La probabilidad de que un electrón lento destruya una cadena de ADN es mucho mayor. Por el contrario, un electrón extremadamente rápido normalmente pasa volando por la molécula de ADN sin dejar rastro, "explica Janine Schwestka.

De una capa de electrones a otra

Recientemente, el equipo de TU Wien examinó más de cerca un efecto extremadamente especial, a saber, Desintegración Coulombic interatómica. "Los electrones del ión pueden asumir diferentes estados. Dependiendo de la cantidad de energía que tengan, se pueden ubicar en una de las carcasas internas, cerca del núcleo, o en una capa exterior, "dice Janine Schwestka. No todos los posibles espacios de electrones están ocupados. Si una capa de electrones en el rango de energía media está libre, un electrón puede luego cruzar hacia allí desde una capa con mayor energía. Esto libera energía, que luego puede pasar al material a través de la desintegración coulombica interatómica:"El ión transfiere esta energía a varios átomos en la vecindad directa al mismo tiempo. Un electrón se desprende de cada uno de estos átomos, pero debido a que la energía se divide entre varios átomos, estamos hablando de muchos electrones realmente lentos, "explica Schwestka.

Xenón y grafeno

Con la ayuda de una ingeniosa configuración experimental, ahora ha sido posible probar la eficacia de este proceso. Los iones de xenón con carga múltiple se disparan a una capa de grafeno. Los electrones de las capas externas de xenón cambian a una posición en otra capa con menos energía, provocando que los electrones se desprendan de numerosos átomos de carbono en la capa de grafeno, que luego son registrados por un detector, para medir su energía. "De hecho, De este modo, pudimos demostrar que la desintegración Coulombic interatómica juega un papel vital en la generación de una gran cantidad de electrones libres en el material, "dice el profesor Friedrich Aumayr.

Para describir correctamente la interacción de los haces de iones con materiales sólidos o tejidos orgánicos, este efecto absolutamente debe tenerse en cuenta. Esto es importante, por un lado, para optimizar las terapias con haz de iones para el tratamiento del cáncer, sino también para otras áreas importantes, como proteger la salud de las tripulaciones de la estación espacial, donde está expuesto al bombardeo constante de partículas de la radiación cósmica.