Wie nuklearer Rückstoß die DNA schädigt

Thorium-232 ist ein silbriges, radioaktives Metall, das Röntgenstrahlen besonders gut absorbiert. In den frühen Tagen der Röntgenbildgebung injizierten Ärzte Patienten routinemäßig Thoriumdioxid, weil dadurch kontrastreiche Bilder erzeugt wurden. Zwischen den 1930er und 1950er Jahren erhielten etwa 10 Millionen Menschen diese Dosen.

Der Vorteil von Thoriumdioxid, oder Thorotrast, wie es genannt wurde, besteht darin, dass es im Gegensatz zu anderen Kontrastmitteln, die oft gefährlich waren, fast keine unmittelbaren Nebenwirkungen auf die Patienten hatte. Und die Halbwertszeit von Thorium beträgt etwa 14 Milliarden Jahre, ist also relativ stabil.

Was Ärzte damals nicht schätzten, waren die langfristigen Auswirkungen auf den Körper. Nach der Injektion setzt sich Thorotrast in verschiedenen Organen ab, wo es dazu neigt, zu bleiben. Die biologische Halbwertszeit des Materials beträgt 22 Jahre.



Wenn Thorium schließlich zerfällt, setzt es eine Folge von fünf weiteren Zerfällen in Gang, die Alphateilchen produzieren. Dies alles geschieht relativ schnell; vier davon in Stunden oder Sekundenbruchteilen.

Aus diesem Grund erwies sich Thorotrast als hochgradig krebserregend, jedoch oft auf einer in Jahrzehnten gemessenen Zeitskala. Es wurde schließlich in den 1950er Jahren als Kontrastmittel eingestellt.

Das Problem für Physiker besteht darin, die Auswirkungen von Elementen wie Thorium auf den Körper zu berechnen. Sie wissen seit langem, dass die bei einem Zerfall freigesetzten hochenergetischen Partikel den Körper schädigen, indem sie in Moleküle wie die DNA einschlagen und diese beschädigen.

Aber heute sagen Evandro Lodi Rizzini und seine Freunde von der Universität Brescia in Italien, dass Physiker einen anderen Mechanismus übersehen haben, der noch mehr Schaden anrichten könnte.

Polonium-212 beispielsweise setzt Alphateilchen mit einer Energie von 8748 keV frei, die dann auf alle Moleküle in der Nähe zerschlagen, bis ihre Energie absorbiert ist.

Aber Lodi Rizzini und Co weisen darauf hin, dass es noch eine weitere Komponente dieser Reaktion gibt: einen Kern aus Blei-208, der mit einer Energie von 170 keV zurückprallt. Im Fall von Thorium-232 ergibt sich ein Alpha-Teilchen mit einer Energie von 4012 keV und ein Kern aus Radium-228, der mit einer Energie von 66 keV zurückprallt.

Niemand hat darüber nachgedacht, welchen Schaden diese zurückprallenden Kerne an der DNA anrichten können. Bis jetzt.

Lodi Rizzini und seine Freunde sagen, dass diese Kerne, da sie größer und schwerer sind, offensichtlich weniger weit im Körper wandern, vielleicht eine Entfernung von einigen hundert Nanometern. Das bedeutet, dass wenn der Zerfall in der Nähe der DNA auftritt, sie all ihren Schaden in diesem Bereich anrichtet.

Im Gegensatz dazu wird das Alphateilchen seine Energie in einem viel größeren Volumen freisetzen.

Das hat wichtige Konsequenzen. Der Kern, der nach einer α-Partikel-Emission zurückprallt, führt zu einer Energiedeposition (auf einer DNA-Struktur in der Nähe), die sogar zwei Größenordnungen größer ist als das α-Partikel selbst, sagt das italienische Team.

Der Schaden durch einen zurückschlagenden Kern kann also hundertmal größer sein als der Schaden durch eine Alpha-Emission.

Das könnte die Denkweise der Menschen über die Schäden ändern, die radioaktive Zerfälle im Körper anrichten können. Lodi Rizzini verspricht in naher Zukunft eine genauere Auswertung.

Es kann auch zu neuen Strategien zur Kontrolle des Schadens führen, den diese Substanzen anrichten können. Wenn der Kern und nicht das Alpha-Teilchen den größten Schaden anrichtet, gibt es möglicherweise Möglichkeiten, dies zu einem Vorteil zu nutzen.

Etwas, worüber die Leser des arXiv-Blogs vielleicht spekulieren.

Ref: arxiv.org/abs/1107.3699 : Über die Bedeutung des nuklearen Rückstoßes bei der α-Emission in der Nähe der DNA

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