Warum ist Röntgenstrahlung schädlich?

Für ihre Studie setzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine Magnesiumsalz-Lösung einer Röntgenstrahlung aus. Magnesiumsalz kommt im menschlichen Körper häufig vor, u.a. in Nervensträngen und in bestimmten Eiweißen der DNA. Wie die Forschungsgruppe in einem jetzt veröffentlichten Paper beschreibt, löste sie damit zyklisch auftretende Strahlungsschäden aus.

Röntgenstrahlung, wie sie zum Beispiel beim medizinischen Röntgen oder in der Strahlentherapie eingesetzt wird, enthält Strahlung mit einer niedrigen Wellenlänge und hoher Energie, im Gegensatz zu beispielsweise infrarotem und sichtbarem Licht mit hoher Wellenlänge und niedriger Energie. „Die Strahlung setzt einen Zyklus in Gang“, erläutert Dana Bloß, Doktorandin am Institut für Physik der Universität Kassel. In der Magnesiumsalz-Lösung entstehen durch die Bestrahlung Wasserradikale und Elektronen mit niedrigen Energien; letztere sind für ihre erbgutschädigende Wirkung bekannt, zum Beispiel durch die Verursachung von Strahlungsschäden wie Doppelstrangbrüchen der DNA.

Besonders bei dem untersuchten Zyklus ist, dass die gelösten Magnesium-Ionen trotz ihrer anfänglichen Anregung nach der Produktion der genannten Teilchen wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückfallen. Damit kann der Vorgang erneut starten. Wie bei einem Hämmern auf immer dieselbe Stelle wiederholt sich die schädigende Abgabe der Elektronen in einem lokal konzentrierten Bereich des Gewebes.

Das eröffnet einen neuen Blickwinkel beim Verständnis von Strahlungsschäden. „Es handelt sich hier um Grundlagenforschung“, betont Bloß. „Aber wir wollen die Abläufe verstehen, und die Ergebnisse sind durchaus überraschend. Je besser wir diese Abläufe verstehen, desto eher können in der Zukunft andere, anwendungsnähere Forschungsgruppen beispielsweise die Geräte verbessern, die beim Röntgen und in der Strahlungstherapie eingesetzt werden.“

Für die Studie arbeitete eine international besetzte Gruppe von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universität Kassel, des Fritz-Haber-Instituts in Berlin, der Universität Heidelberg sowie der Universität Uppsala (Schweden) zusammen. Die Experimente würden an Röntgenstrahlungsquellen in Hamburg und Berlin durchgeführt.

Originalveröffentlichung:
D. Bloß et al., "X-ray radiation damage cycle of solvated inorganic ions", erschienen am 30.05.2024 in Nature Communications, 15, 4594 (2024)

Kontakt:

Dana Bloß
Universität Kassel
E-Mail: dana.bloss[at]uni-kassel[dot]de
Telefon: 0561 804-4001

Dr. Andreas Hans
Universität Kassel
E-Mail: hans[at]physik.uni-kassel[dot]de
Telefon: 0561 804-4062