نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• علی عزیزی گنجگاه
• پیوند طاهرپرور

گروه فیزیک، دانشکده علوم‌پایه، دانشگاه گیلان، کدپستی: 33697-41938، گیلان

چکیده

تابش‌های یونیزان می‌توانند با القای شکست DNA به‌صورت مستقیم بر سلول‌ها تأثیر بگذارند. این اثرگذاری شامل شکست‌های تک-رشته‌‌ای و دو-رشته‌‌ای است که ممکن است باعث مرگ سلولی و نارسایی میتوزی شود. در مطالعۀ حاضر، به کمک یک مدل اتمیDNA ساخته شده در کد Geant4-DNA و اعتبارسنجی اولیۀ آن، آسیب مستقیمِ DNA به واسطۀ برهمکنش با یون‌های کربن  MeV /u2/114، اکسیژن MeV /u 21/134، هلیوم MeV /u 83/62 و پرتو­های پروتون MeV 62 مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، پس از اعتبارسنجی اولیه، نتایج حاصل از شکست‌های تک-رشته‌‌ای، دو-رشته‌‌ای (بر واحد رخداد) و بازده شکست دو-رشته‌‌ای در اعماق5 تا 7/30میلی­متر برای یون‌های یاد شده ارزیابی شد. نسبت شکست­های تک-رشته‌‌ای (بر واحد رخداد) برای یون­های اکسیژن در 5 میلی‌متر (و محل رخداد قلۀ براگ؛ 7/30میلی­متر) به ترتیب 85/1 (55/1)، 19/4 (42/9) و 6/10 (24/22) برابر بیشتر از یون­های کربن، هلیوم و پرتوهای پروتون است. از سوی دیگر، شکست دو-رشته‌‌ای (بر واحد رخداد) در عمق 5 میلی­متر برای یون‌های اکسیژن، کربن، هلیوم و پروتون به ترتیب برابر با 09/0، 05/0، 01/0 و 005/0 است. این مقادیر در محل رخداد قلۀ براگ (با افزایش محسوس)، به ترتیب برابر با09/2، 34/1،  22/0 و 03/0 محاسبه شد. نتایج نشان می‌دهد یون‌های سنگین از دید اثرات زیستی (به شکل شکست‌های تک-رشته‌‌ای و دو-رشته‌‌ای) بسیار مؤثرتر از یون‌های سبک و پروتون‌ها رفتار می‌کنند، بنابراین احتمال اثرگذاری آنها در مهار یا کنترل سلول­های سرطانی بیشتر است.

کلیدواژه‌ها

• هادرون‌درمانی
• شکست دو-رشته‌‌ای
• شکست تک-رشته‌‌ای
• Geant4-DNA
• آسیب DNA

موضوعات

• فیزیک هسته ای

عنوان مقاله [English]

Comparison of direct DNA damage by protons and oxygen, carbon, and helium ions using Geant4-DNA code

نویسندگان [English]

• Ali Azizi Ganjgah
• Payvand Taherparvar

Department of Physics, Faculty of Science, University of Guilan, Postal Code 41938-33697, Guilan, Iran

چکیده [English]

Ionizing radiations can directly affect cells by inducing DNA breaks. This impact includes single-stranded and double-stranded failures; which may cause cell death and mitotic failure. In the present study, with the help of an atomic DNA model built in the Geant4-DNA code and its initial validation, direct DNA damage by interaction with carbon ions 114/u2 MeV, 134/21 MeV/u oxygen, 62/83 MeV/u helium and radiation 62MeV protons have been investigated. For this purpose, after the initial validation, the results of single-stranded, double-stranded fractures and double-stranded fracture efficiency at depths of 5 to 30.7 mm were evaluated for the mentioned ions. The ratio of single strand breaks for oxygen ions at 5 mm (and the location of the Bragg peak: 30.7 mm), 1.85 (1.55), 4.19 (9.42), and 10.6, respectively. (22/24) is more than carbon ions, helium and proton rays. On the other hand; The two-strand break at a depth of 5 mm for oxygen, carbon, helium and proton ions is equal to 0.09, 0.05, 0.01 and 0.005 respectively. These values were calculated as 2.09, 1.34, 0.22, and 0.03 at the place of the Bragg peak (with a significant increase). The results show heavy ions behave much more effective than light ions and protons in terms of biological effects (in the form of single- and double-strand breaks), therefore, they are more effective options for inhibiting or controlling cancer cells.

کلیدواژه‌ها [English]

• double-strand break
• single-strand break
• Geant4-DNA
• DNA damage