​Ученые лаборатории экспериментальной физики высоких энергий ТГУ вместе с французскими коллегами из университета Бордо приступили к разработке нового подхода моделирования эффектов малых доз радиации на клеточном уровне. Физики впервые в мире будут моделировать воздействие радиации на ДНК и рассчитывать вероятность развития рака в различных химических и биологических средах.

Это междисциплинарный проект, объединяющий моделирование в физике, биологии и биохимии. Ученые будут исследовать процессы, происходящие в клетке в результате воздействия радиации на молекулы среды и биологические макро-молекулы, а также на последующие физико-химические и биохимические процессы.

При воздействии радиации на организм человека высокочастотные излучения или высокоэнергичные частицы проникают в живую клетку, «выбивая» электроны из молекул, ее составляющих. Если при этом в клетке появляются ионы или ее ДНК повреждается, то клетка не может нормально функционировать. Все эти процессы будут воспроизведены программами математического моделирования в рамках пакета программ Geant4.

Примеры описания геометрии простых макромолекул в GEANT4.png  

– Этот инструмент комплексного моделирования уже используется в ядерной медицине для лечения онкологических заболеваний, а также востребован в космонавтике, например, для подготовки межпланетных экспедиций, поскольку позволяет предсказать эффект воздействия радиации на космонавтов и оборудование во время долгосрочного пребывания в космосе, – объясняет  Александр Ходинов, заведующий лабораторией экспериментальной физики высоких энергий ТГУ.

На первом этапе расчеты будут производиться с использованием компьютерных мощностей ТГУ. Сложность такой работы в том, что расчёт каждого цикла, или события, занимает на современном компьютере до часа.

– Реальное представление даже одной клетки требует описания такого количества компонент, которое сравнимо с описанием большой физической установки, – добавляет Александр Ходинов. – Нам предстоит не только объединить все процессы моделирования в одной среде, но также увеличить скорость вычислений с применением аппаратных ускорителей GPU и FPGA (ПЛИС).

Новый проект стал возможен благодаря участию томских физиков в экспериментах ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере (БАК) в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН). Дело в том, что подходы к созданию компьютерных программ для БАК включают в себя разработку методов параллельных вычислений и анализа больших объемов данных, которые сейчас будут применяться для исследования влияния радиации на ДНК.

Распространения электронов и свободных радикалов в результате прохождения 50 МэВ протона в воде.png

В рамках системы подготовки по направлению экспериментальной физики высоких энергий, организованной на базе ЛЭФВЭ, доктор физико-математических наук Владимир Иванченко читает спецкурс по моделированию взаимодействия ионизирующего излучения с веществом методом Монте-Карло для студентов и молодых ученых ТГУ.

Ранее томские ученые совместно с французскими коллегами применяли пакет пользовательских приложений Geant4-DNA для моделирования электронных взаимодействий в жидкой воде.  Результаты описаны в статье «Geant4-DNA example applications for track structure simulations in liquid water: a report from the Geant4-DNA Project». ТГУ участвует в двух крупнейших экспериментальных программах ЦЕРН – ATLAS и CMS.

В ATLAS команда ТГУ решает задачу модернизации мюонного спектрометра ATLAS, чтобы повысить его чувствительность для регистрации распадов бозона Хиггса. Для этого была создана микроэлектроника и разработаны методики по комплексной проверке уникальных микросхем для новых детекторов АTLAS.

В CMS ученые ТГУ создают алмазные детекторы Roman Pots для изучения процессов упругого и неупругого рассеяния протонов в условиях LHC и занимаются моделированием работы детектора CMS с помощью пакета Geant4

Источники

Российские и французские ученые намерены создать модели процесса влияния радиации на ДНК
ТАСС, 29/04/2019
Российские и французские ученые намерены создать модели процесса влияния радиации на ДНК
TmBW.Ru, 29/04/2019
Физики моделируют воздействие радиации на ДНК для борьбы с онкологией
Томский государственный университет (tsu.ru), 29/04/2019
Российские и французские ученые намерены создать модели процесса влияния радиации на ДНК
Новости@Rambler.ru, 29/04/2019
Российские и французские ученые намерены создать модели процесса влияния радиации на ДНК
Спутник Новости (news.sputnik.ru), 29/04/2019
Российские и французские ученые намерены создать модели процесса влияния радиации на ДНК
Tomsk.4geo.ru, 29/04/2019
Томская область: Российские физики моделируют воздействие радиации на ДНК для борьбы с онкологией
Молодежное информационное агентство (миамир.рф), 29/04/2019
Российские и французские ученые намерены создать модели процесса влияния радиации на ДНК
Зеленоград info (зеленоград-инфо.рф), 29/04/2019
Физики ТГУ смоделируют воздействие радиации на ДНК для борьбы с онкологией
Эксперт-Сибирь (expertsib.ru), 30/04/2019
Ученые ТГУ провели ДКИ новой методики борьбы с разрастанием раковых опухолей
Лекобоз (lekoboz.ru), 29/05/2019

Похожие новости

  • 03/10/2016

    Томский государственный университет: научные исследования - широким фронтом

    ​Томский государственный университет ведет научные исследования широким фронтом. Сегодня "Поиск" расскажет о последней находке палеонтологов, о достижениях химиков, помогающих фармацевтам, а также о проекте физиков, математиков и биологов, объединившихся в интересах медицины.
    2115
  • 08/05/2019

    Биологи, медики и физики - в одной связке

    ​Если 20-е столетие в медицине было веком всевластия антибиотиков, то 21-е точно станет веком физики и робототехники в медицине. Потому что все значимые открытия в этой сфере с начала века были бы невозможны без участия физиков, материаловедов и программистов - это и искусственное сердце AbioCor, и биоискусственная печень, и таблетка с камерой для замены эндоскопии.
    243
  • 28/06/2018

    В Мурманске томские ученые тестируют инновационный прибор

    Лазер и микроволны проследят за чистотой моря. В Мурманске сибирские ученые с борта единственного на Севере судна академической науки тестируют инновационный российский прибор. «Дальние Зеленцы» пока в мурманском порту.
    412
  • 13/02/2019

    Супергидрофильное покрытие для индивидуальных имплантатов предложили ученые ТПУ

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе со своими германскими коллегами из университета Дуйсбург-Эссен предложили использовать сферические наночастицы кальций-фосфата в качестве покрытия для имплантатов из сплава ВТ6.
    418
  • 07/11/2017

    ТПУ и Токийский столичный университет будут развивать перспективные направления сотрудничества

    ​Перспективные направления сотрудничества Томского политехнического университета и Токийского столичного университета (Tokyo Metropolitan University) обсудили в пятницу представители двух вузов. С рабочим визитом Томский политех посетили вице-президент по международным связям токийского вуза Такая Охаши и координатор международного сотрудничества Сатоми Сузуки.
    783
  • 07/09/2016

    ТПУ начнет коммерческие поставки фосфора-32 для биохимиков и онкологов

    ​Томский политехнический университет (ТПУ), который организовал единственное в России производство дефицитного радиоактивного изотопа фосфора-32, начнет коммерческие поставки этого препарата в следующем году, сообщил директор Физико-технического института ТПУ Олег Долматов.
    1079
  • 08/09/2016

    В Томске зарубежные эксперты познакомились с производством наночастиц

    ​Участники конференции HEMs - 2016 "Высокоэнергетические материалы: демилитаризация, антитерроризм и гражданское применение", проходящей в Томском государственном университете (ТГУ), побывали на производстве наночастиц.
    1708
  • 25/05/2017

    «Физика рака» — ученые обсуждают в Томске «раковое цунами», накрывающее человечество

    На Международной конференции «Физика рака: трансдисциплинарные проблемы и клинические применения», которая проходит в эти дни в МКЦ ТПУ, прозвучит почти 50 пленарных докладов ученых России и зарубежных стран — США, Израиля, Франции, Германии, Китая, Греции, Италии, Словении, Сербии.
    1769
  • 20/10/2016

    Атомщики Сибири обсуждают в ТПУ термоядерный синтез и развитие ядерной медицины

    ​В Томском политехническом университете проходит VII школа-конференция молодых атомщиков Сибири. В течение трех дней молодые ученые из России и стран ближнего зарубежья будут обсуждать вопросы ядерной безопасности, развитие ядерной медицины, термоядерный синтез, а также реализацию проекта по созданию топлива и реакторов нового поколения "Прорыв".
    2176
  • 23/04/2019

    Лауреат премии «Глобальная энергия» Сергей Алексеенко возглавил центр «Экоэнергетика 4.0» в ТПУ

    В Томском политехническом университете (ТПУ) создан Научно-образовательный центр «Экоэнергетика 4.0». В нем исследователи разрабатывают технологии по «превращению» низкосортного угля, отходов агропромышленного комплекса и деревообработки в экологичный источник тепла и электричества.
    418