A radiobiológia gyakorlatához tartozik, hogy a biológiai sugárhatás történéseit a sejtek történéseire igyekszik visszavezetni. A sejtek szomatikus és genetikai károsodásával a sejtsugárbiológia (cellular radiation biology) foglalkozik. Láttuk korábban azt is, hogy az elnyelt sugárenergia milyen sokféle biológiai és molekuláris károsodást okoz, s a molekuláris sérülés és ennek mechanizmusa felelős a végső biológiai hatásért. A sejtsugárbiológia modern alaptudomány. Elemeinek megismeréséhez a következő kérdésekről kell beszélnünk.
4-1 Az emlős sejtek lineáris makromolekuláinak sugárkárosodása
Elfogadott nézet, hogy az emlős-sejtben a fő céltárgy (target) a DNS-molekula, a genetikai információ tárolója és továbbadója. A Watson-Crick-féle centrális dogma alapján a fehérje bioszintézisben és a differenciálódásban szereplő lineáris makromolekulák (DNS, m-RNS, polypeptidlánc) meghatározott sorrendben működnek. Az információ a DNS irányából jobbra, a polypeptidlánc irányában halad. A sejtbiokémiai differenciálódás iránya tehát a következő lesz:
A molekuláris DNS-sugáreffektusban lényeges sajátosság, hogy az energiaelnyelődés az intracellularis DNS-ben igen gyors, heterogén és LET-dependens. Nemzetközi adatforrások idézett példája szerint 1 Gy kb. 2 x 105 ionizációt okoz egy emlőssejtben és ennek 1%-a a genomban jön létre. Ennek következményeképpen kb. 1000 DNS-lánctörés alakul ki, amelyek többségét a regenerációs mechanizmusok kijavítják (repair activity). A magas LET-sugárzások hatása után több a DNS-laesio, mint az alacsony LET-értékeknél. Az ionizáció nemcsak a DNS-helixben, hanem mellette is hatékony lesz (lehet). Az intracellularis DNS sugárkárosodása kémiai természetű, kialakulásáért a szabad gyökök, a direkt és indirekt mechanizmusok a felelősek. A molekuláris szintű végső állapotot nagymértékben befolyásolja az oxigén-effektus és a kémiai repair sikere, vagy ennek hiánya. Mint láttuk, a következő károsodástípusokkal kell számolnunk: egyes és kettős lánctörés, báziskárosodás, keresztkapcsolódás (cross-link). Ez utóbbinak két formája ismert: láncok közti (interstrand) és DNS-protein keresztkapcsolódás.
Sokat fejlődtek az enzimatikus sérülést kijavító mechanizmusra vonatkozó ismereteink is. Az emlős sejtek repair-enzimjeinek azonosítása újabb vizsgálómódszerek kidolgozását eredményezte, s ma már az endo- és exonuclaese, ligase mellet újabb enzimeket is izoláltak. Egy ilyen molekula volna a topoisomerase II. enzim, amely nem a helix regenerációjában vesz részt. Ellenkezőleg: kettős lánctörést is elő tud idézni és a feltételezések szerint esszenciális szerepe van a DNS szerkezet ellenőrzésében. Keveset közölnek a DNS biosynthesisében alapvetően fontos prekurzorok mennyiségéről és minőségéről, a magnesium-ionok és az ATP koncentrációjáról. Többet kellene erről is tudnunk.
Az igen variabilis DNS-károsodások kialakulásának kutatásakor egyre több adat gyűlt össze arra nézve, hogy a sejt a szabad gyökök, gyökionok ellen hatékony semlegesítő lehetőségekkel rendelkezik. S ha a reparaciós mechanizmusok a DNS-károsodást ki tudják javítani, akkor a celluláris sugárhalál befolyásolható lesz. Az is! A lineáris makromolekulák sugárérzékenysége nagyjából követi a biokémiai differenciálódás irányát, a DNS-től jobbra csökken. Minél “differenciálatlanabb” egy molekula, annál sugárérzékenyebb (l. a Bergonié-Tribondeau szabályt később!). A DNS sugársérüléseinek enzimatikus kijavítását több modell értelmezi (repair replicatio, unscheduled biosynthese, rejoining repair, “cut and patch” excision repair, poetreplication repair, stb.). Tapasztalat szerint a DNS egyes-lánc érzékenyebb, mint a helix és a histonoknak a reparatioban nagyobb szerepe van, mint azt ma gondolják. A molekula reparatioja konzervativ és szemikonzervativ módon mehet végbe, a folyamat energiaigényes.
A würzburgi Röntgen-centenariumi világkongresszuson Lett DNS-repair modellje nagy érdeklődést keltett. Elméletében két regenerációs történés van: a regeneráció és a rögzítés (fixatio).
Mindkettő lehet: gyors kémiai és enzimatikus típusú.
Fontos állítása, hogy a DNS-károsodás kijavításában résztvevő enzimrendszer a károsodás enzimatikus rögzítésében is részt vesz.A DNS sugárkárosodásának típusai a kemoterápiás daganatgyógyításnál is kimutathatók (Kohn), radiomimeticus hatásuk van.
A DNS sugársérülés modern magyarázatát a kvantum-biokémia adja. A molekula delokalizált p -elektronrendszere és a szerkezete révén úgy viselkedik, mint egy elektromos inhomogén félvezető. E félvezető-rendszerben a vezetési elektronok az intramolekuláris szennyeződésekből származnak. A helix tengelyében történő elektronvándorlást az egymás felett elhelyezkedő purin és pirimidin bázis-párok p -elektronpálya átfedései és az exciton-kölcsönhatás teszi lehetővé. Sugárhatás után az intramolekuláris elektronszerkezet megváltozik: gerjesztés (excitatio) és p -elektron kiszakadás (pozitív lyukképzés) lép fel. A pozitív lyuk nagyobb valószínűséggel jut el a DNS-helix olyan helyeire, ahol a láncok despiralisatioja, törése, mutációja hamarabb alakul ki, Ennek következménye lesz továbbá a tautomer átrendeződés és az anomális bázis-párok megjelenése. Az anomális bázis-párok nem férnek bele térbelileg a helixbe, emiatt a molekula sérül, instabillá válik. Az anomális bázis-párok megjelenése továbbá azt is jelenti, hogy a Chargaff-Watson-Crick-féle bázis-korrelációs törvény többé - a sugársérülés helyén - nem tartható tovább (A:T = G:C = 1). A helix stabilitás megszűnése, a nem optimális despiralisatio lehetősége vezet végül is oda, hogy anomális m-RNS, polypeptidlánc - struktúra és funkció jön létre. A biológiai sugárhatás szerkezeti és működésbeli alapja - így megteremtődött. A sugár és kemoterápiában pont ezeknek a jelenségeknek az előidézése a célunk.