Simulación computacional de la radiólisis del agua inducida por radiación de baja LET y su impacto en las rupturas de cadenas de ADN

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

The consequences of ionizing radiation on biological material represent a broad field of study that ranges from radiological protection to medicine. The main focus in this area is on direct damage, which occurs when radiation interacts directly with DNA molecules, breaking the bonds immediately. On the other hand, indirect effects result from water radiolysis caused by radiation, where free radicals are produced, such as hidroxilo (OH+), ion de hidroxilo (OH−), electrón solvatado (eaq), molécula de hidrógeno (H2), hidrógeno (H), hidronio (H3O+), and peróxido de hidrógeno (H3O2). Due to the high production rate of these radicals, they migrate through the cellular medium until they encounter DNA, sometimes causing even greater damage than that produced by the direct effect of radiation. This occurs because indirect effects can extend to different areas within the cell, forming cumulative and less specific damage, which makes repair during treatment less likely or more prone to errors, increasing the chances of mutations and even permanent damage. To understand the damage that free radicals can cause to the DNA structure, it is essential to study the effects of low-LET radiation. This type of radiation induces DNA damage indirectly through reactive chemical species generated during water radiolysis. Moreover, the availability of reliable experimental data for low-LET radiation allows for accurate validation of simulation models, facilitating the study of indirect damage relevant to both medical applications and environmental exposures.

Descripción

Las consecuencias de la radiación ionizante en material biológico son un tema que representa un campo de estudio bastante amplio, que va desde la protección radiológica hasta la medicina. El mayor foco de estudio en este aspecto, son los daños directos que se generan cuando la radiación impacta directamente en las moléculas de ADN, llegando a romper los enlaces de forma inmediata. Por otro lado, los efectos indirectos son la consecuencia de la radiólisis del agua producida por la radiación, donde se producen radicales libres, por ejemplo, hidroxilo (OH+), ion de hidroxilo (OH−), electrón solvatado (eaq ), molécula de hidrógeno (H2), hidrógeno (H), hidronio (H3O+), y peróxido de hidrógeno (H3O2). Al tener un nivel de producción de radicales bastante alto, estos migran por el medio celular hasta encontrar el ADN, llegando incluso a generar daños mayores que los producidos por el efecto directo en la radiación. Lo anterior, se debe a que los efectos indirectos pueden extenderse a diferentes lugares dentro de la célula, formando un daño acumulativo y menos específico, lo que se traduce a que en un tratamiento la reparación pueda ser menos probable o se realice de una forma errónea, aumentando las posibilidades de mutaciones e incluso daños permanentes. Para comprender el daño que los radicales libres pueden causar en la estructura de ADN, es fundamental estudiar los efectos de la radiación de baja LET. Este tipo de radiación se caracteriza por inducir daño al ADN de forma indirecta, a través de especies químicas reactivas generadas durante la radiólisis del agua, como los radicales hidroxilo. La baja LET permite validar de manera más precisa los modelos de simulación, ya que existe una amplia disponibilidad de datos experimentales confiables que facilitan la investigación del daño indirecto que es relevante para aplicaciones médicas y exposiciones ambientales. Además, la radiación de baja LET, como los rayos gamma o los electrones de alta energía, se caracteriza por una baja densidad de ionización a lo largo de su trayectoria. Esto favorece la producción de especies químicas reactivas con alta capacidad de difusión, las cuales pueden inducir rupturas en las hebras de ADN al interactuar con su estructura.

Palabras clave

Simulación, Radiólisis, Radicales libres, ADN

Materias

Licenciatura en Física -- Tesis y disertaciones académicas , Química de la radiación , Radiación ionizante , ADN , Radicales libres (Química) , Radiobiología

Citación