中國日報網(wǎng)3月14日電（記者 閆東潔）近日，中國科學(xué)院近代物理研究所科研人員及合作者在重離子治癌微觀機理研究方面取得重要進展，首次在生物分子團簇中觀測到重離子輻照導(dǎo)致的分子間能量及質(zhì)子轉(zhuǎn)移級聯(lián)機制。該機制被認(rèn)為是重離子治癌生物學(xué)效應(yīng)優(yōu)異的重要原因。相關(guān)成果于3月11日作為亮點論文發(fā)表在物理學(xué)頂級期刊《物理評論X》（Physics Review X）上，并被美國物理學(xué)會Physics雜志在線報道。

重離子治癌是利用重離子束流殺死癌細(xì)胞的一種放射治療技術(shù)，是目前最先進的放射治療手段。自1946年科學(xué)家提出用重離子治療腫瘤以來，全球已有超過五萬例患者接受了重離子治療。

中國科學(xué)院近代物理研究所許慎躍研究員介紹："在相同的劑量下，重離子對癌細(xì)胞的殺傷能力比x射線等傳統(tǒng)放射治療手段大2-3倍。而且重離子放療能直接導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞DNA的雙鏈斷裂，生物學(xué)效應(yīng)明顯更高。但究竟是什么微觀機制在這其中起到了重要作用，長期以來并不明確。"

為了深入探究這一問題，科研人員發(fā)展了先進的混合團簇源技術(shù)，選取DNA中的一種基本結(jié)構(gòu)單元——嘧啶分子作為模型。研究團隊把水分子和嘧啶分子合在一起，制備了尺寸可控的水合嘧啶團簇來模擬機體組織環(huán)境。該實驗在蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)和320 kV高電荷態(tài)離子綜合研究平臺完成。

研究團隊首次觀測到，當(dāng)重離子輻照水分子時，會誘發(fā)它和生物分子間的分子間庫侖衰變（ICD）過程。內(nèi)殼層電離的水分子通過ICD將能量傳遞給嘧啶分子，導(dǎo)致嘧啶分子電離并釋放一個低能電子。ICD過程還會進一步誘發(fā)水分子之間的質(zhì)子轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生也具有殺傷力的羥基自由基（HO）。

一般認(rèn)為，內(nèi)殼層電離的水分子并不直接作用于DNA，而是通過自身解離的方式衰變。但此項研究表明，機體組織中內(nèi)殼層電離的水分子能夠直接作用于DNA將其電離，同時還會在DNA周圍產(chǎn)生有殺傷力的次級粒子。這一過程增大了DNA雙鏈同時被破壞的可能性。此外，重離子輻照引起水分子內(nèi)殼層電離的比例，顯著高于電子、X射線和質(zhì)子等其它射線。

"此次發(fā)現(xiàn)的微觀機制，是重離子生物學(xué)效應(yīng)高的重要原因。這項研究可以幫助我們深入理解輻射損傷的分子機制，有助于在未來優(yōu)化癌癥治療策略、促進放射治療新技術(shù)的發(fā)展。"中國科學(xué)院近代物理研究所馬新文研究員表示。

該工作由中國科學(xué)院近代物理研究所主導(dǎo)，聯(lián)合俄羅斯伊爾庫茨克國立大學(xué)、德國海德堡大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、西安交通大學(xué)和蘭州大學(xué)等單位共同完成。

該研究得到了科技部重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委和俄羅斯聯(lián)邦科學(xué)教育部等項目的支持。