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Cellule e radiazioni
Comprendere i danni provocati dalle radiazioni sulle cellule umane permette di sviluppare precauzioni e terapie.
di Roberto Cherubini

Comprendere i danni provocati dalle radiazioni sulle cellule umane permette di sviluppare precauzioni e terapie. L’uomo, come qualunque corpo nell’Universo, è continuamente “attraversato” da radiazioni provenienti da sorgenti “esterne” o “interne”. Sono sorgenti esterne, ad esempio, i raggi cosmici, gli elementi radioattivi terrestri o le apparecchiature che generano radiazioni per la medicina e l’industria. Sorgenti interne sono invece gli elementi radioattivi presenti nei tessuti biologici.
A queste esposizioni alle radiazioni si aggiungono quelle derivanti dalle attività professionali (trattamento di materiali radioattivi per metodiche di medicina nucleare o industriali, indagini di diagnostica e/o terapia medica, voli aerei e missioni spaziali) o dagli incidenti cosiddetti “nucleari” (“fughe di materiale radioattivo”).

Spesso si pone il quesito sul livello al quale le radiazioni diventano nocive. Per capire gli effetti delle radiazioni sull’uomo è importante studiarne i meccanismi di interazione con la materia biologica.
Uno strumento molto potente per simulare l’esposizione ai vari tipi di radiazioni è costituito dagli acceleratori di particelle, capaci di fornire elettroni, ioni e, a seguito di reazioni nucleari, neutroni in un ampio intervallo di energie, nonché dai tubi a raggi X e dalle sorgenti radioattive che emettono raggi gamma e X.
Un modello biologico sperimentale largamente impiegato in questi tipi di studi è costituito da cellule (di mammifero) coltivate “in vitro”. Si chiama radiobiologia (dall’inglese radiation biology o radiobiology) la disciplina che si interessa a questo tipo di studi e, considerata la complessità dei fenomeni investigati, coinvolge aspetti e conoscenze interdisciplinari (in fisica, biologia, chimica ecc.). Bombardando le cellule coltivate “in vitro” con fotoni (raggi X o gamma) o radiazioni “corpuscolari” (elettroni, ioni ecc.) si può studiare l’entità del danno che queste radiazioni provocano. Quando una cellula viene irradiata, gli atomi delle molecole che la costituiscono vengono eccitati o ionizzati. In particolare, si ritiene che quando il Dna è colpito la cellula subisca un danno. Questo avviene sia nel caso in cui la radiazione agisca direttamente che quando la radiazione agisce attraverso i radicali liberi prodotti dall’interazione con le molecole d’acqua, di cui per circa l’80% è costituita la cellula.

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Rappresentazione schematica della cascata dei principali eventi che portano all’espressione dei vari tipi di danno biologico nell’uomo a seguito di esposizione a radiazioni ionizzanti.

L’interazione tra la radiazione e le cellule provoca dunque una cascata di eventi, che, in tempi brevi, medi e lunghi (anche di anni), dipendentemente dalle dosi assorbite, possono portare a vari tipi di danno nella cellula stessa, nel tessuto e nell’organismo (morte cellulare, mutazioni, aberrazioni cromosomiche, trasformazioni oncogeniche ecc.). Ma grazie alle capacità riparatrici proprie di ogni cellula, molte o parte delle alterazioni indotte dalle radiazioni vengono riparate senza conseguente danno alle sue strutture e funzioni.
Si è osservato che, pur somministrando una stessa dose (ovvero quantità di energia) a uno stesso tipo di cellula, il danno indotto dipende dal tipo di radiazione. Le radiazioni “corpuscolari” di diverso tipo (di diversa carica elettrica e/o massa), infatti, a parità di dose somministrata, inducono livelli di danno diversi. La comprensione del complesso dei fenomeni causati dall’esposizione alle radiazioni permette di valutare il “rischio” professionale o accidentale, e quindi di mettere in atto tutte le precauzioni (radioprotezione) per ridurre al minimo le conseguenze.
D’altra parte, comprendere questi meccanismi permette di sfruttare “l’efficacia” delle radiazioni nel produrre un danno nelle cellule che è necessario eliminare, come accade nel trattamento terapeutico dei tumori (radioterapia). Nel caso di radiazioni “corpuscolari”, si sfruttano anche le loro proprietà balistiche che permettono di indirizzare con estrema precisione le particelle e trattare un tumore con maggiore efficacia.

Biografia
Roberto Cherubini è ricercatore dell’Infn presso i Laboratori Nazionali di Legnaro (Lnl). È stato coordinatore e project-leader di progetti europei nel campo della radiobiologia ed è responsabile del Gruppo di Radiobiologia dei Lnl.

 

Link
http://www.bnl.gov/medical/nasa/LTSF.asp
http://www.afrri.usuhs.mil

 

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