Изучение особенностей электронной структуры химических соединений, определяющих их канцерогенные, радиосенсибилизирующие и радиопротекторные свойства

Руководитель: , *****@***ru, 57-51

Список участников эксперимента:

1.  , 1929, старший научный сотрудник

2.  , 1936, научный сотрудник

3.  , 1984, инженер-физик

4.  , 1960, зам. начальника отдела No 330

Направление работы:

- создание метода быстрого выявления канцерогенных свойств химических соединений.

Быстрое распознавание канцерогенов давно стало насущной потребностью, так как технический прогресс постоянно вынуждает нас соприкасаться с большим количеством новых химических соединений, биологическая активность которых неизвестна. Традиционные методы испытания на канцерогенность в экспериментах на животных в силу своей дороговизны и длительности не позволяют охватить весь поток соединений, поставляемых промышленностью. Поэтому создание быстрых методов выявления канцерогенных свойств веществ представляет собой актуальную задачу.

Содержание работы:

Проведение экспериментов, набор статистики, обработка экспериментальных результатов, проведение квантово-химических расчетов, создание позитронного детектора канцерогенов

Статус работы

Продолжение ранее начатых экспериментов и теоретических расчетов.

Цель работы:

- выявление методом позитронной спектроскопии особенностей электронной структуры молекул, влияющих на их канцерогенные, радиосенсибилизирующие и радиопротекторные свойства.

Изучение химических процессов в треках быстрых заряженных частиц было одной из традиционных тем лаборатории физической химии. Результатом изучения явилось, во-первых, установление механизма первичного радиобиологического действия и, во-вторых, механизма образования позитрония в диэлектрических средах. Эти достижения послужили базой 1) для установления общего химического свойства радиопротекторов – их способности эффективно подавлять радиационно-химический выход ионов водорода [2] 2) для предложения быстрого метода диагностики химических канцерогенов методом позитронной спектроскопии [1].

Отправной точкой для предложенного нами позитронного метода служит следующий факт. Проделанные в свое время биохимические исследования показали, что канцерогенно-мутагенное, а также радиосенсибилизирующее действие проникших в организм самых разных химических соединений в первую очередь обусловлено их сильной электрофильностью, т. е. способностью эффективно акцептировать электроны (или неподеленные электронные пары) биологически важных молекул -- ДНК, ферментов и др..

Позитронная аннигиляционная спектроскопия позволяет извлекать информацию о степени электрофильности данного химического соединения, если за меру ее принять значение константы скорости реакции этого соединения с «избыточными» электронами. (Избыточные электроны возникают в веществе, например, при облучении его каким-либо ионизирующим излучением, включая и быстрые позитроны.) В самом деле, атом позитрония образуется на конечном участке трека позитрона в результате рекомбинации с одним из порожденных им вторичных электронов: e+ + e-=> Ps.

Рекомбинация конкурирует с реакцией захвата электронов растворенными веществами S, обладающими сродством к электронам:e- + S => S-.

Таким образом, по степени ингибирования выхода образования Ps электронным акцептором S можно судить о его реакционной способности по отношению к трековым электронам, а значит и об его электрофильности.

Ожидаемые результаты

Проделанные нами эксперименты по вероятности образования Ps подтвердили возможность использования реакционной способности вещества S по отношению к избыточным электронам как меры его электрофильности.

Как и другие важные свойства, значение электрофильности (характер и величина реакционной способности) молекулы наверняка определяется характером распределения в ней электронной плотности. В связи с этим мы планируем детально сопоставить эти характеристики. Распределение электронной плотности в молекуле, вероятно, определяет также поведение позитронов и «избыточных» протонов по отношению к ней, а значит, и нуклеофильные свойства молекулы.

Необходимое оборудование

Для проведения планируемых работ необходимо приобрести временной позитронный спектрометр, например, поставляемый фирмой ORTEC стоимостью около 30000$.

График проведения работ

На установке по измерению времен жизни позитронов эксперименты начнутся сразу же после ее приобретения. Необходимый для работы радиоактивный источник позитронов (изотоп 22Na) уже закуплен.

Оценка стоимости установки и затрат на эксперимент на 2008 г.

Стоимость спектрометра ~ 1 руб.

Зарплата сотрудников 1 000 000 руб.

Роль ИТЭФ в эксперименте

Проведение экспериментов планируется силами сотрудников ИТЭФ.

Список публикаций:

[1] Патент No 2 зарегистрирован в реестре 27.09.2007 г., приоритет от 01.01.2001 г.

[2] , «К механизму первичного биологического действия ионизирующих излучений». Успехи физич. наук, т.176(5), с.487-506, (2006).

[3] , . Позитронная диагностика канцерогенов. IV Баховская конференция по радиационной химии, 1-3 июня 2005 г. Тезисы докладов, с. 25

[4] S. V. Stepanov, V. akov «Physical and Radiation Chemistry of the Positron and Positronium», in the book Principles and Applications of Positron and Positronium Chemistry. Eds. Y. C.Jean, P. E.Mallone, and D. M. Schrader (World Scientific Publications, Singapore, 2003)

[5] , . Внутритрековые химические процессы. М.: Энергоатомиздат, 1985

[6] , «К механизму первичного биологического действия ионизирующих излучений». V съезд по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность). Москва, 10-14 апреля 2006 г.