Ученые-химики впервые отследили превращения одних изотопов в другие на уровне отдельных атомов - «Наука и технологии»

Ученые-химики из университета Тафтса, работая совместно с учеными из университетского колледжа в Лондоне, отследили в режиме реального времени процессы превращения атомов одного химического элемента в атомы другого элемента. И результаты данных исследований, некоторые из которых оказались неожиданностью для ученых, могут стать основой совершенного нового метода радиотерапии для борьбы с раком и другими онкологическими заболеваниями.

В своих экспериментах ученые использовали радиоактивный изотоп йод-125, который уже давно применяется в борьбе с раком. Используя туннельный микроскоп, который способен воспроизвести изображение отдельных атомов, они наблюдали процесс распада, затронувший отдельные атомы йода-125, которые превращались в теллур-125, нерадиоактивный изотоп теллура.

Отслеживание преобразования одного элемента в другой началось с единственной капельки чистейшей воды, в которую было введено небольшое количество иода-125. Эта капелька была нанесена на поверхность, покрытую тонким слоем золота. Когда вода полностью испарилась, на золоте остался слой радиоактивного йода, а образец был помещен в рабочую область микроскопа.

Период полураспада йода-125 равен 59 суткам. Это означает, что в результате распада атомов, при котором выделяется некоторое количество энергии, через 59 дней в образце останется приблизительно половина нераспавшихся атомов. Из-за того, что невозможно предсказать, когда именно распадется атом йода, находящийся в числе наблюдаемых, ученым приходилось посменно круглосуточно дежурить возле микроскопа в течение нескольких недель. И это позволило им не пропустить большинство случаев распада наблюдаемых атомов.

В конечном счете ученые получили серию снимков с туннельного микроскопа, на которых было видно множество темных пятен, размером с атом. Затем снимки были подвергнуты сложной математической обработке, позволившей отделить атомы йода от образовавшихся атомов теллура.

Для того, чтобы удостовериться в правдивости полученных результатов, ученые изучили один из исследуемых образцов при помощи фотоэлектронного рентгеновского спектрометра, который дал точные результаты о химическом составе вещества на поверхности золотой подложки. "Проводя контрольные измерения раз или два в неделю мы каждый раз получали подтверждения о превращении атомов одного элемента в атомы другого".

Кроме отслеживания превращений атомов, ученые отслеживали низкоэнергетические электроны, излучаемые золотой подложкой, источником которых была энергия радиоактивного распада. И здесь ученых ожидала неожиданность, о которой упоминалось выше. Оказалось, что число излучаемых электронов было в шесть раз выше теоретического расчетного значения, которое было получено в результате моделирования распада йода-125, находящегося на золотой поверхности. И именно такие низкоэнергетические электроны интересуют ученых из-за того, что они воздействуют только на близлежащие ткани и не оказывают разрушающего воздействия на ДНК здоровых тканей органов, находящихся вблизи раковой опухоли.

"В данном случае золото сыграло роль усилителя процессов и отражателя электронов. И на основе этого открытия мы разработали новую методику борьбы с раком". Ученые предложили изготовить золотые наночастицы, внутри которых будет заключено некоторое количество йода-125. Эти наночастицы, покрытые особыми белками самостоятельно прикрепляются к поверхности антител, предназначенных для борьбы со злокачественными опухолями и все это в виде инъекции впрыскивается пациенту. Антитела устремляются к леткам опухолей, а низкоэнергетические электроны, испускаемые золотом, разрушают ДНК этих клеток. Отработав свое, золотые наночастицы удаляются из организма естественным способом, а организм пациента не накапливает йода-125 в щитовидной железе, как это происходит при использовании этого изотопа в свободном виде.

В настоящее время ученые подали патентную заявку на новый метод борьбы с раком. И, если клинические испытания новой технологии пройдут успешно, то врачи получат новый и высокоэффективный метод борьбы с этим заболеванием, которое ежегодно уносит множество человеческих жизней.