Представляем вашему вниманию препринт, опубликованный Издательским отделом ОИЯИ, «Математическое моделирование радиационно-индуцированных эффектов в структурах центральной нервной системы при действии тяжелых ускоренных заряженных частиц» P11-2024-49. Авторы — сотрудники Лаборатории радиационной биологии ОИЯИ Батмунх Мунхбаатар, Баярчимэг Лхагваа и Александр Бугай. Полученные данные могут быть использованы для анализа радиационных рисков в межпланетных полетах и для оценки побочных эффектов адронной терапии.

Схема моделирования случайного распределения структурных элементов в дендритах нейрона: а) модель глутаматного рецептора NMDA представлена атомами с радиусами Ван-дер-Ваальса в четырех субъединицах (показаны разными цветами); б) модель дендритного шипика, состоящая из двух компартментов головы (с рецепторами) и шеи; в) сегмент дендритной ветви с шипиками, которые случайно расположены на дендритах; г) in silico модель одного нейрона: смоделированы клеточное тело (зеленый цвет) и дендриты (темно-синий) с распределенными на них шипиками и синаптическими рецепторами

Представлены теоретические исследования механизмов действия тяжелых ускоренных заряженных частиц на структуры центральной нервной системы с учетом их сложной геометрии. Проведен анализ закономерностей пространственного распределения поглощенной дозы и вероятности попадания частиц в различные части клетки (тело, аксон, дендриты, шипики) при действии заряженных частиц — от протонов до ионов железа с энергией от 10 до 1000 МэВ/нуклон.

Рассмотрены механизмы формирования прямых и непрямых молекулярных повреждений в генетическом аппарате и синапсах нервных клеток за счет физических процессов, ведущих к разрывам связей, и химических реакций с продуктами радиолиза воды.

Также обсуждаются ключевые параметры моделирования, необходимые для верификации расчетов с результатами экспериментов.

Работа выполнена в Лаборатории радиационной биологии ОИЯИ.

Читать полностью