Расчёты доз внутреннего облучения нано-, микро- и макро-биоструктур электронами, бета-частицами и квантовым излучением различной энергии при разработках и исследованиях новых РФП в ядерной медицине

Разработан универсальный подход, позволяющий проводить расчёты поглощённых доз при внутреннем облучении нано-, микро- и макро-биоструктур электронами, бета-частицами и квантовым излучением в широком диапазоне энергий, практически полностью охватывающий диапазон энергий излучений радионуклидов, применяемых в экспериментальной и клинической ядерной медицине. Представлены полиномиальные функции, описывающие распределение поглощённой энергии в биологической ткани вокруг точечных изотропных источников электронного и квантового излучения в диапазоне энергий от 0,1 кэВ до 10 МэВ для электронов и от 10 кэВ до 4 МэВ для квантового излучения. Интегрирование этих функций по объёмам биоструктур - «источников» и «мишеней» - позволяет проводить расчёты распределения поглощённой энергии при внутреннем облучении нано-, микро- и макро-биоструктур электронами, бета-частицами, характеристическими и гамма-квантами, излучаемыми различными радионуклидами, применяемыми в экспериментальной и клинической ядерной медицине. Разработанный метод расчёта доз внутреннего облучения применён для изучения распределения поглощённой дозы в объёме опухоли (перевиваемая карцинома Эрлиха) при экспериментальных исследованиях радиофармпрепарата (РФП) на основе альбуминовых микросфер, содержащих 153Sm. Продемонстрирована значительная неравномерность распределения дозы при введении РПФ в центр опухоли и оценена возможность снижения этой неравномерности. Полученные данные показывают, на примере 153Sm, что выбор места локализации препарата в объёме опухоли играет важное значение для достижения максимального радиационного воздействия на все клетки опухоли. Так, в случае 153Sm продемонстрировано, что распределение источника излучения по периферии опухоли с радиусом 0,8 см позволяет заметно выровнять распределение дозы внутри опухоли по сравнению со случаем расположения источника в центральной части опухоли. С применением разработанного метода получены данные об уровнях облучения субклеточных микроструктур (ядро, цитоплазма и мембрана клетки) радионуклидами 51Cr, 67Ga, 111In, 123I, 125I, 77Br, являющимися каскадными излучателями Ожэ-электронов и электронов Костера-Кронига и создающими высокую локальную плотность ионизации в биоструктурах нанометрических размеров. В результате дано обоснование для выделения следующих Ожэ-излучателей, перспективных для разработки РФП с целью избирательного радиационного воздействия на ДНК опухолевых клеток: 123I, 125I, 77Br, 111In. Показано также, что при каждом акте фотоэффекта на присоединённых к молекуле ДНК стабильных атомах йода и брома, а также на нативном фосфоре ДНК, в результате каскадного излучения электронов малой энергии в объёме с диаметром около 100 нанометров вокруг атома поглощается энергия от 0,3 кэВ до 0,8 кэВ. Эта энергия сравнима с величиной поглощённой энергии при распаде радиоактивного 125I. Результаты оценок ожидаемых величин относительной биологической эффективности (ОБЭ) при фотоэффекте на присоединённых к ДНК клеток меланомы В16 атомах йода или брома обосновывают перспективность дальнейших исследований этого явления для разработки методов бинарной радиотерапии, с использованием фотоэффекта на тяжёлых экзогенных атомах (например, таких как йод или бром), присоединённых к ДНК опухолевых клеток.