Lorsque les cellules vivantes sont bombardées de jeûne, ions lourds, leurs interactions avec les molécules d'eau peuvent produire des électrons « secondaires » dispersés au hasard avec une large gamme d'énergies. Ces électrons peuvent ensuite déclencher des réactions potentiellement dommageables dans les molécules biologiques voisines, produisant des fragments chargés électriquement. Jusque là, cependant, les chercheurs doivent encore déterminer les énergies précises auxquelles les électrons secondaires produisent certains fragments. Dans une nouvelle étude publiée dans EPJ D , des chercheurs au Japon dirigés par Hidetsugu Tsuchida à l'Université de Kyoto définissent pour la première fois les plages exactes précises dans lesquelles des fragments chargés positivement et négativement peuvent être produits.

Grâce à une meilleure compréhension de la façon dont les biomolécules telles que l'ADN sont endommagées par les rayonnements ionisants, les chercheurs pourraient faire de nouvelles avancées importantes vers des thérapies anticancéreuses plus efficaces. Comme des balles moléculaires, les ions lourds laisseront derrière eux des traces à l'échelle nanométrique lorsqu'ils traverseront l'eau ; diffusant les électrons secondaires lorsqu'ils déposent leur énergie. Ces électrons peuvent alors soit s'attacher à des molécules voisines s'ils ont des énergies plus faibles, les amenant potentiellement à se fragmenter par la suite ; ou ils peuvent déclencher une fragmentation plus directe s'ils ont des énergies plus élevées. Puisque l'eau comprend 70 % de toutes les molécules dans les cellules vivantes, cet effet est particulièrement prononcé dans les tissus biologiques.

Dans leurs précédentes recherches, L'équipe de Tsuchida a bombardé des gouttelettes liquides contenant de la glycine, un acide aminé rapide, ions de carbone lourds, puis identifié les fragments résultants en utilisant la spectrométrie de masse. Fort de ces résultats, les chercheurs ont maintenant utilisé des modèles informatiques incorporant des méthodes d'échantillonnage aléatoire pour simuler la diffusion des électrons secondaires le long de la trace d'eau d'un ion carbone. Cela leur a permis de calculer les spectres d'énergie précis des électrons secondaires produits lors du bombardement ionique; révélant leur relation avec les différents types de fragments de glycine produits. Par cette approche, Tsuchida et ses collègues ont montré que tandis que les électrons avec des énergies inférieures à 13 électronvolts (eV) ont continué à produire des fragments chargés négativement, y compris du cyanure et du formiate ionisés, ceux compris entre 13 eV et 100 eV ont créé des fragments positifs tels que la méthylène amine.