A seconda della dose e del target, le radiazioni possono causare danni incredibili alle cellule sane o possono essere utilizzate per curare il cancro e altre malattie. Per capire come le cellule rispondono a diverse dosi di radiazioni, gli scienziati devono dirigere quantità precise di energia verso aree specifiche della cellula. La misurazione del dosaggio può essere difficile, però, soprattutto quando si lavora con protoni a bassa energia.

Una collaborazione di ricercatori dell'Université de Bordeaux, Il Centre National de la Recherche Scientifique e CEA-LIST hanno sviluppato una membrana di diamante ultrasottile in grado di misurare il numero di protoni in una dose di radiazione con una precisione quasi perfetta. Il rilevatore si collega a un microraggio di particelle cariche e consente la trasmissione di radiazioni in un'area di larghezza inferiore a 2 micrometri. Lo studio, pubblicato questa settimana in Lettere di fisica applicata , rappresenta un prezioso progresso tecnologico per la biologia delle radiazioni.

Esperimenti precedenti avevano già stabilito che le membrane di diamante possono rilevare e quantificare i protoni, ma fino allo studio attuale, nessuno aveva sviluppato la tecnologia per le indagini biologiche.

"Il dispositivo è completamente compatibile con le cellule viventi nel loro ambiente liquido, " disse Philippe Barberet, un biofisico presso l'Université de Bordeaux. "Ci permetterà di irradiare diversi tipi di cellule e organismi utilizzando singoli protoni, che non è così facile da fare usando acceleratori a bassa energia."

Barberet ha lavorato con Michal Pomorski al CEA-LIST, che ha creato il sensore di diamante ultrasottile affettando e quindi incidendo al plasma un disponibile in commercio, diamante monocristallo di circa 1 micrometro di spessore. Hanno rivestito entrambi i lati del rivelatore con elettrodi trasparenti ed elettricamente conduttivi per raccogliere il segnale elettrico dal fascio di protoni mentre passa attraverso la membrana di diamante. Questo design è compatibile con la microscopia, assicura un buon contatto tra il rivelatore e il campione biologico, e conta i protoni con una precisione migliore del 98 percento.

Per testare l'efficacia delle membrane diamantate durante l'irradiazione di cellule vive, il gruppo ha utilizzato una linea cellulare progettata per esprimere una proteina di riparazione del DNA chiamata XRCC1, marcato con proteina fluorescente verde (GFP). Quando si verifica un danno al DNA in queste cellule, il GFP si accende nel luogo delle riparazioni.

"XRCC1 è coinvolto nelle vie di riparazione del DNA ed è una delle prime proteine ​​reclutate, "Ha detto Barberet. "Irradi e vedi immediatamente un effetto". Hanno consegnato 100 protoni distanziati di 5 micron alle cellule. Il modello risultante di punti di irradiazione verde ha confermato che il raggio ha inflitto danni in cerchi di meno di 2 micron di diametro.

Le membrane di diamante potrebbero diventare uno strumento prezioso per aumentare la precisione nella ricerca sulla biologia delle radiazioni. I ricercatori notano, però, che la loro utilità è limitata ai gruppi che hanno accesso ai fasci di protoni degli acceleratori di particelle.