In un articolo pubblicato su PLOS UNO , Ricercatori brasiliani descrivono il primo studio dosimetrico retrospettivo mediante spettroscopia di risonanza di spin elettronico utilizzando tessuti umani di vittime di attacchi nucleari. Credito:Sergio Mascarenhas (IFSC-USP)
Il bombardamento delle città giapponesi Hiroshima e Nagasaki da parte degli Stati Uniti nel 1945 fu il primo e unico uso di armi nucleari contro obiettivi civili. I ricercatori hanno condotto una serie di studi in seguito per misurare l'impatto della ricaduta, in termini sia della dose di radiazioni a cui sono state esposte le vittime sia degli effetti di tale esposizione sul DNA e sulla salute in generale.
La continua ricerca iniziata negli anni '80 sotto la guida del fisico Sérgio Mascarenhas presso l'Università di São Paulo (USP) ha portato a un articolo sulla rivista PLOS UNO descrivendo un metodo di misurazione precisa della dose di radiazioni assorbita dalle ossa delle vittime delle bombe nucleari sganciate sul Giappone.
"Abbiamo utilizzato una tecnica nota come spettroscopia di risonanza di spin elettronico per eseguire la dosimetria retrospettiva. Attualmente, c'è un rinnovato interesse per questo tipo di metodologia a causa del rischio di attacchi terroristici in paesi come gli Stati Uniti, ", ha affermato il professor Oswaldo Baffa dell'Università di San Paolo.
"Immagina qualcuno a New York che piazza una normale bomba con una piccola quantità di materiale radioattivo attaccato all'esplosivo. Tecniche come questa possono aiutare a identificare chi è stato esposto a ricadute radioattive e ha bisogno di cure".
Angela Kinoshita, professore all'Universidade do Sagrado Coração di Bauru, Stato di San Paolo, ha spiegato che lo studio è unico in quanto ha utilizzato campioni di tessuto umano delle vittime della bomba sganciata su Hiroshima.
"C'erano seri dubbi sulla fattibilità dell'utilizzo di questa metodologia per determinare la dose di radiazioni depositata in questi campioni, a causa dei processi coinvolti nell'episodio, " ha detto. "I risultati confermano la sua fattibilità e aprono varie possibilità per ricerche future che potrebbero chiarire i dettagli dell'attacco nucleare".
Negli anni '70, quando insegnava all'Istituto di Fisica São Carlos dell'Università di San Paolo (IFSC-USP), Mascarenhas ha scoperto che l'irradiazione dei raggi X e dei raggi gamma rendeva le ossa umane debolmente magnetiche. Il fenomeno, noto come paramagnetismo, si verifica perché l'idrossiapatite (fosfato di calcio cristallino) nella porzione minerale del tessuto osseo assorbe ioni di anidride carbonica, e quando il campione viene irradiato, il CO 2 perde elettroni e diventa CO 2 -. Questo radicale libero funge da indicatore della dose di radiazioni ricevuta dal materiale.
"Ho scoperto che potevamo usare questa proprietà per eseguire la dosimetria delle radiazioni e ho iniziato a utilizzare il metodo nella datazione archeologica, "Ha ricordato Mascarenhas.
Il suo scopo all'epoca era calcolare l'età delle ossa trovate nei sambaquis (cumuli creati dagli abitanti originari del Brasile come cumuli di detriti di crostacei, scheletri di animali preistorici, ossa umane, utensili in pietra o osso, e altri rifiuti) in base alla radiazione naturale assorbita nei secoli tramite il contatto con elementi come il torio che sono presenti nella sabbia in riva al mare.
Sulla base di questa ricerca, è stato invitato a insegnare all'Università di Harvard negli Stati Uniti. Prima di partire per gli Stati Uniti, però, decise di andare in Giappone per cercare di ottenere campioni di ossa dalle vittime delle bombe nucleari e testare su di esse il suo metodo.
"Mi hanno dato una mascella, e ho deciso di misurare la radiazione proprio lì, all'Università di Hiroshima, " ha detto. "Avevo bisogno di provare sperimentalmente che la mia scoperta era genuina".
Mascarenhas è riuscito a dimostrare che dal campione si poteva ottenere un segnale dosimetrico anche se la tecnologia era ancora rudimentale e non c'erano computer che aiutassero a elaborare i risultati. La ricerca è stata presentata all'incontro annuale di marzo dell'American Physical Society, dove ha fatto una forte impressione. Mascarenhas ha portato i campioni in Brasile, dove rimangono.
"Ci sono stati importanti miglioramenti nella strumentazione per renderla più sensibile negli ultimi 40 anni, " disse Baffa. "Ora, vedete i dati elaborati digitalmente in tabelle e grafici sullo schermo del computer. Anche la fisica di base si è evoluta nella misura in cui è possibile simulare e manipolare il segnale dal campione utilizzando tecniche computazionali".
Grazie a questi progressi, Ha aggiunto, nel nuovo studio, è stato possibile separare il segnale corrispondente alla dose di radiazioni assorbita durante l'attacco nucleare dal cosiddetto segnale di fondo, una sorta di rumore che gli scienziati sospettano possa essere stato causato dal surriscaldamento del materiale durante l'esplosione.
"Il segnale di fondo è una linea ampia che può essere prodotta da varie cose diverse e manca di una firma specifica, " disse Baffa. "Il segnale dosimetrico è spettrale. Ogni radicale libero risuona in un certo punto dello spettro quando esposto a un campo magnetico".
Metodologia
Per effettuare le misurazioni, i ricercatori hanno rimosso pezzi in scala millimetrica della mandibola utilizzati nello studio precedente. I campioni sono stati nuovamente irradiati in laboratorio utilizzando una tecnica chiamata metodo della dose additiva.
"Abbiamo aggiunto radiazioni al materiale e misurato l'aumento del segnale dosimetrico, "Spiegava Baffa. "Abbiamo quindi costruito una curva e ne abbiamo estrapolato la dose iniziale, quando il segnale era presumibilmente zero. Questo metodo di calibrazione ci ha permesso di misurare diversi campioni, poiché ogni osso e ogni parte dello stesso osso ha una diversa sensibilità alle radiazioni, a seconda della sua composizione».
Grazie a questa combinazione di tecniche, sono stati in grado di misurare una dose di circa 9,46 grigi (Gy), che è alto secondo Baffa. "Circa la metà di quella dose, o 5 Gy, è fatale se l'intero corpo è esposto ad esso, " Egli ha detto.
Il valore era confrontabile con le dosi ottenute con altre tecniche applicate a campioni non biologici, come la misurazione della luminescenza dei grani di quarzo presenti nei frammenti di mattoni e tegole rinvenuti nei siti delle bombe. Secondo gli autori, era anche vicino ai risultati delle tecniche di misurazione biologica applicate negli studi a lungo termine utilizzando come parametro le alterazioni nel DNA dei sopravvissuti.
"La misurazione che abbiamo ottenuto in questo ultimo studio è più affidabile e aggiornata rispetto al risultato preliminare, ma attualmente sto valutando una metodologia che è circa mille volte più sensibile della risonanza di spin. Avremo notizie tra qualche mese, "Mascarenhas ha predetto.