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Geschäftsbereich Sicherheit und Strahlenschutz

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Biologische Wirksamkeit inkorporierter Radionuklide auf molekularer Ebene (Mikrodosimetrie)

Inkorporierte radioaktive Nuklide, die bei ihrem Zerfall Auger-Elektronen emittieren, verursachen an ihrem Zerfallsort lokalisiert sehr hohe Dosen, ohne das umliegende Gewebe zu belasten, da die Reichweite der Auger-Elektronen im Gewebe nur einige 100 nm beträgt. Diese Eigenschaft macht solche Nuklide u.a. interessant für die Krebs-Therapie.

Ein typischer Vertreter ist das Nuklid 125I, das aufgrund der chemischen Eigenschaften von Iod zusätzlich die Möglichkeit bietet, das Nuklid direkt in die DNA einzubauen. Gelingt es, 125I selektiv in Krebszellen zu implantieren, so können diese abgetötet werden, ohne benachbarte gesunde Zellen zu schädigen.

Entstehung der Auger-Elektronen

125I zerfällt mittels Elektroneneinfang in 125Te, wobei eine Lücke in einer inneren Elektronenschale entsteht. Die beim Nachrücken eines Elektrons aus einem höheren Niveau frei werdende Energie wird aber nicht in Form von elektromagnetischer Strahlung (charakteristische Röntgenstrahlung) abgegeben, sondern auf ein anderes Elektron der Atomhülle übertragen, wodurch dieses emittiert wird (Auger-Elektron). Danach befinden sich nun zwei Lücken in der Atomhülle (die ursprünglichen Positionen des nachgerückten und des emittierten Elektrons), in die wiederum energetisch höher liegende Elektronen unter Emission weiterer Auger-Elektronen nachrücken. Im Verlauf dieser Lawine werden im Mittel 15 Auger-Elektronen freigesetzt, wobei ihre typischen kinetischen Energien im Bereich von eingen eV bis zu eingen keV liegen.

Wirkung der Auger-Elektronen

Aufgrund ihrer niedrigen Energie und damit geringen Reichweite im Zellgewebe (typischerweise einige 100 nm) führen die Auger-Elektronen in einem sehr kleinen Volumen um das zerfallene 125I-Atom herum zu einer großen Anzahl von Ionisationsereignissen. Befand sich das 125I-Atom innerhalb eines DNA-Strangs, so werden hierdurch im Mittel ein Doppelstrangbruch und weitere zwei Einzelstrangbrüche verursacht.

Unsere Forschungsschwerpunkte

  • Berechnung von Auger-Elektronen-Spektren mittels Monte Carlo Methoden unter Berücksichtigung der molekularen Umgebung.
  • Entwicklung von Modellen der DNA-Struktur und Durchführung von Bahnspur-Rechnungen zur Simulation von Zerfallsereignissen bei Auger-Emittern, die in die DNA implantiert sind.

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