Механизмы усиления радиационного воздействия металлическими наночастицами на наноуровне: роль низкоэнергетических электронов

Металлические наночастицы рассматриваются как чрезвычайно перспективные радиосенсибилизаторы для лучевой терапии рака. Понимание механизмов их радиосенсибилизирующего действия имеет решающее значение для будущего клинического применения. В настоящем обзоре рассматривается первоначальное энерговыделение короткопробежных оже-электронов при поглощении высокоэнергетического излучения золотыми наночастицами (GNPs), расположенными вблизи жизненно важных биомолекул, таких как ДНК. Оже-электроны и последующее образование вторичных низкоэнергетических электронов (LEEs) ответственны за большую часть возникающего химического повреждения вблизи таких молекул. Освещается современный прогресс в изучении повреждений ДНК, индуцируемых LEEs, которые в больших количествах образуются в пределах приблизительно 100 нанометров от облучённых GNPs, а также электронами, испускаемыми при попадании высокоэнергетических электронов и рентгеновского излучения на металлические поверхности в различных атмосферных условиях. LEEs активно вступают в реакции внутри клеток, главным образом посредством процессов разрыва связей, обусловленных образованием транзитных анионов и диссоциативным прилипанием электронов. Усиление повреждений плазмидной ДНК, индуцируемых LEEs, при наличии или отсутствии связывания с химиотерапевтическими препаратами объясняется фундаментальными механизмами взаимодействия LEEs с простыми молекулами и специфическими участками нуклеотидов. Рассматривается основная проблема радиосенсибилизации металлическими наночастицами и GNPs, а именно доставка максимальной локальной дозы излучения к наиболее чувствительной мишени раковых клеток — ДНК. Для достижения этой цели электроны, испускаемые после поглощения высокоэнергетического излучения, должны иметь малую длину пробега и создавать высокую локальную плотность LEEs, тогда как падающее излучение должно обладать максимально возможным коэффициентом поглощения по сравнению с мягкими тканями, например рентгеновское излучение с энергией 20–80 кэВ.