Radiation Damage in Biomolecular Systems

از زمان کشف اشعه ایکس و رادیواکتیویته، پرتوهای یونیزان به طور گسترده در پزشکی برای اهداف تشخیصی و درمانی استفاده شده است. خطرات مرتبط با قرار گرفتن در معرض تشعشع و مدیریت منجر به توسعه موازی زمینه حفاظت در برابر تشعشع شد.
آزمایش‌های پیشگامی که توسط سانچه و همکارانش در سال 2000 انجام شد نشان داد که الکترون‌های ثانویه کم انرژی که به وفور در امتداد مسیرهای تشعشع تولید می‌شوند، در درجه اول مسئول آسیب تشعشع از طریق برهمکنش های متوالی با اجزای مولکولی محیط هستند. جدای از فرآیندهای یونیزاسیون، که معمولاً به آسیب تشعشع مربوط می‌شوند، الکترون‌های کم‌انرژی زیر سطح یونیزاسیون می‌توانند از طریق فرآیندهای تجزیه‌ای مانند تحریک داخلی و اتصال الکترون، تکه تکه شدن مولکولی را القا کنند. این امر باعث انجام پروژه‌های مشترک بین گروه‌های تحقیقاتی مختلف از کشورهای اروپایی به همراه متخصصان دیگر از کانادا، ایالات متحده آمریکا و استرالیا شد.
این کتاب پیشرفت‌های به‌دست‌آمده توسط این گروه‌های تحقیقاتی پس از بیش از ده سال مطالعه در مورد آسیب تشعشع در سیستم‌های بیومولکولی را خلاصه می‌کند.

بخش اول گسترده به یافته های تجربی و نظری اخیر در مورد آسیب ناشی از تشعشع در سطح مولکولی می پردازد. این شامل کمک‌های زیادی در برخورد الکترون و پوزیترون با مولکول‌های مرتبط با بیولوژیکی است. برهم کنش های اشعه ایکس و یون نیز پوشش داده شده است. بخش دوم به رویکردهای مختلف برای مدل‌سازی آسیب تشعشعی می‌پردازد. در بخش سوم جنبه های زیست پزشکی اثرات تشعشع در مقیاس های مختلف مورد بررسی قرار می گیرد. پس از تمرکز فیزیک محور قسمت های قبلی، با افزایش اندازه جسم مورد مطالعه، انتقال تدریجی به زیست شناسی و پزشکی وجود دارد. در نهایت، بخش چهارم به روندهای فعلی و تکنیک های جدید در تحقیقات پرتو و کاربردهایی که از این رو به وجود می آیند اختصاص دارد. این شامل پیشرفت‌های جدید در رادیوتراپی و درمان‌های سرطان مرتبط، و همچنین بهینه‌سازی‌های فنی شتاب‌دهنده‌ها و طراحی‌های کاملاً جدید تجهیزات است که نمایی از آینده نزدیک درمان‌های پزشکی مبتنی بر پرتو را نشان می‌دهد.

Since the discovery of X-rays and radioactivity, ionizing radiations have been widely applied in medicine both for diagnostic and therapeutic purposes. The risks associated with radiation exposure and handling led to the parallel development of the field of radiation protection.
Pioneering experiments done by Sanche and co-workers in 2000 showed that low-energy secondary electrons, which are abundantly generated along radiation tracks, are primarily responsible for radiation damage through successive interactions with the molecular constituents of the medium. Apart from ionizing processes, which are usually related to radiation damage, below the ionization level low-energy electrons can induce molecular fragmentation via dissociative processes such as internal excitation and electron attachment. This prompted collaborative projects between different research groups from European countries together with other specialists from Canada, the USA and Australia.
This book summarizes the advances achieved by these research groups after more than ten years of studies on radiation damage in biomolecular systems.

An extensive Part I deals with recent experimental and theoretical findings on radiation induced damage at the molecular level. It includes many contributions on electron and positron collisions with biologically relevant molecules. X-ray and ion interactions are also covered. Part II addresses different approaches to radiation damage modelling. In Part III biomedical aspects of radiation effects are treated on different scales. After the physics-oriented focus of the previous parts, there is a gradual transition to biology and medicine with the increasing size of the object studied. Finally, Part IV is dedicated to current trends and novel techniques in radiation reserach and the applications hence arising. It includes new developments in radiotherapy and related cancer therapies, as well as technical optimizations of accelerators and totally new equipment designs, giving a glimpse of the near future of radiation-based medical treatments.