Este estudio ha sido destacado dentro de la lista "hot articles" de la revista Physical Chemistry Chemical Physics al considerar que ayudará a entender mejor los efectos biológicos de diferentes tipos de radioterapias para combatir la enfermedad.

Durante los tratamientos de radioterapia, ya sean con los rayos X empleados en la mayoría de hospitales o con la moderna radioterapia con haces de iones energéticos (conocida como hadronterapia), inaugurada en España en diciembre de 2019 y con menos efectos secundarios, se producen grandes cantidades de electrones energéticos en los tejidos para acabar con las células tumorales.

Por ello, expertos del grupo de Materia Condensada de la Universidad de Murcia (UMU) y la Universidad de Alicante han propuesto un nuevo modelo teórico que permite obtener las probabilidades de interacción entre estos electrones y el ADN, en un amplio rango de energías, para determinar cómo estos dañan las células tumorales.

"Esto es especialmente importante durante la hadronterapia, ya que la mayoría de los electrones producidos son de muy baja energía. De esta manera, recorren distancias parecidas al tamaño de las moléculas de ADN, infligiendo el llamado dañado complejo o agrupado (clustered damage en inglés) que destruye las células cancerígenas, al no ser capaces de repararlo", comenta Pablo de Vera, investigador principal del nuevo estudio.

Determinar de forma precisa cómo los electrones dañan el ADN es esencial para conocer la efectividad biológica de los diferentes tipos de radiación, es decir, su capacidad de destruir las células tumorales. Para ello, los físicos emplean simulaciones por ordenador, conocidas como simulaciones Montecarlo, que permiten evaluar el dañado complejo a escala nanométrica.

Estos resultados son esenciales para avanzar en la comprensión, a escala molecular, de los efectos de las radiaciones ionizantes en los tejidos vivos durante la radioterapia, lo que es necesario para desarrollar tratamientos más efectivos.

Limitaciones de los modelos actuales y el nuevo hallazgo

No obstante, actualmente estas simulaciones presentan ciertas limitaciones, como explica Rafael Garcia-Molina, coautor del estudio: "Generalmente, las simulaciones Montecarlo necesitan aproximar las propiedades del ADN como si éste fuera agua líquida, ya que no se conoce con exactitud cómo interaccionan los electrones con el ADN. Aunque esta aproximación es generalmente razonable, ya que el agua es el componente más abundante en los tejidos biológicos, una mejor descripción del ADN es necesaria para hacer simulaciones más precisas."

En este nuevo trabajo, liderado por Pablo de Vera durante su etapa como investigador postdoctoral Juan de la Cierva en la Universidad de Murcia (UMU), junto a los catedráticos Rafael Garcia-Molina (UMU) e Isabel Abril (Universidad de Alicante),

"La excelente comparación de nuestros resultados con una abundante colección de medidas experimentales para estas moléculas biológicas demuestra la alta capacidad predictiva del nuevo modelo", destaca Isabel Abril.

Artículo destacado por la revista Physical Chemistry Chemical Physics

En reconocimiento al gran potencial de la investigación para el desarrollo de tratamientos más efectivos, la revista Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) ha decidido incluirlo en su lista "2021 PCCP Hot Articles", en la que se destacan aquellos artículos considerados de especial relevancia por los editores y revisores. Asimismo, la investigación desarrollada en la UMU también se ha empleado para ilustrar la contraportada de la revista PCCP.

Una investigación con implicaciones futuras

El autor principal del estudio, Pablo de Vera, es actualmente Marie Curie Individual Fellow en el Centro Europeo de Estudios Teóricos en Física Nuclear y Áreas Relacionadas (ECT*), en Trento, Italia. Allí lidera el proyecto NanoEnHanCeMent sobre la mejora de la hadronterapia mediante el uso de nanopartículas, en el que también colaboran Rafael Garcia-Molina e Isabel Abril.

En el contexto de este proyecto, los investigadores ya habían desarrollado, junto al grupo de Maurizio Dapor, del ECT*, una detallada simulación Montecarlo del dañado biológico complejo en la nanoescala por irradiación con iones de carbono en hadronterapia, que fue publicada en enero de este mismo año por la prestigiosa revista Journal of Physical Chemistry Letters (JPCL).

El nuevo modelo permitirá la mejora de estas simulaciones, que podrán determinar cómo se produce el dañado complejo en moléculas de ADN sin necesidad de aproximarlas como si fueran agua, cómo se ha venido haciendo hasta ahora en este campo.