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结构和动力学

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强烈的太赫兹脉冲导致DNA损坏和修复

22 Mar 2013 哈米什约翰斯顿
直径约为1.5毫米的太赫兹脉冲点

短但强大的太赫兹辐射爆发会损伤DNA,也增加了帮助细胞修复这种损伤的蛋白质的产生。这是加拿大物理学家和生物学家的结论,他研究了电磁辐射如何与人体皮肤细胞相互作用。发现可能导致开发利用太赫兹辐射的新医疗疗法。

太赫兹频率范围内的电磁辐射–通常定义为0.3–3 × 1012 Hz –为安全和医疗成像应用展示了很大的承诺。这是因为它可以穿过衣服并穿透皮肤,但不像X射线一样电离。结果,据信低强度的太赫兹脉冲对生物体无害。

振动模式

然而,生物物理学家已知一段时间是在太赫兹频率下具有双链DNA具有振动模式。“事实上,这些模式在局部螺旋熔化中发挥着重要作用,或者碱基对的分离,这对于发生的转录生物学过程是必要的,”艾伯塔大学Lyubov Titova解释道,他在莱斯布里奇大学与同事一起做过这项最新研究。最近的理论工作表明,外部应用的太赫兹辐射可以耦合到这些模式并放大它们。现在,TITOVA和同事发现了尖锐的辐射辐射的激烈,皮秒持续时间脉冲实际上可以使DNA链在人体皮肤细胞中破裂。

该团队通过在非线性锂烧制红外激光脉冲来创建太赫兹脉冲–铌水晶。由此产生的脉冲持续围绕皮比秒,并以0.5的频率达到峰值 THz带宽为0.1–2 星座。每个太赫兹脉冲的能量约为0.1–1.0 µj,这至少为10 百万次大于医疗成像应用中使用的太赫兹脉冲的能量。

损坏和修复

在人造人体皮肤组织的样品中烧制脉冲,该样品能够进行细胞分裂并且是代谢活性的。通过寻找称为磷酸化组蛋白H2AX的化学标记检测到DNA损伤,当DNA链破裂时形成。在暴露于太赫兹脉冲的皮肤样品中观察到该标记,随着涉及DNA修复的多肿瘤抑制和细胞周期调节蛋白的水平增加。这些观察可能意味着PicoSecond Terhertz脉冲的损坏很快和有效地修复–尽量减少癌症的风险。

该研究没有考虑长期暴露在这种脉冲中的影响–皮肤样品分析30 接触后几分钟。该团队现在计划在暴露后的时间内研究效果如何变化。“[本]应该让我们建立任何诱导损伤的速度如何修复,” explains Titova.

潜在的医疗应用

该团队还计划查看激烈的太赫兹脉冲的潜在治疗用途–希望这样的脉冲可能成为对抗癌症的新工具。“任何导致DNA损伤的药剂都有癌症治疗的潜在应用,”解释金蒂瓦。该团队现在计划研究患有浓度的患者会如何影响癌细胞。

除了了解脉冲的生物学效果,必须开发用于医院的紧凑且廉价的强烈脉冲太赫兹辐射的源。虽然此类系统目前无法使用,但Titova表示,Terahertz技术是“通过突飞猛进和界限发展,这些来源可能会在不久的将来提供”.

研究描述了 生物医学光学表达.

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