nghiên cứu khả năng làm giảm mật độ các gốc tự do gây bởi bức xạ ion hóa của các hợp chất tự nhiên

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả

Trần Thị Nhàn

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới, GS. Izumi Yoshinubu, TS. Vương Thu Bắc những người Thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, dành nhiều thời gian và công sức giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Lời cảm ơn của tôi cũng xin được gửi đến TS. Đặng Đức Nhận, PGS. Trần Minh Quỳnh và PGS. Youichirou Matuo, những người đã dành thời gian thảo luận khoa học và đóng góp các ý kiến quý báu cho tơi hồn thành luận án.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới quý Cô, Thầy tại Trung tâm đào tạo hạt nhân, viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện luận án này.

Xin cảm ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án.

Nhân dịp này, tơi muốn dành những tình cảm sâu sắc nhất, trân trọng nhất đến những người thân trong gia đình ln động viên hỗ trợ tơi về mọi mặt, các thành viên trong gia đình đã chia sẻ những khó khăn, thơng cảm và giúp đỡ tôi trong cuộc sống.

Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả

Trần Thị Nhàn

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

1.2.2. Cơ chế tác dụng gián tiếp ... 13

1.2.3. Tổn thương do bức xạ ion hóa ... 16

1.2.3.1. Tổn thương ở mức độ phân tử ... 16

1.3. Tổng quan về hợp chất tự nhiên có tác dụng chống oxy hóa ... 25

1.3.1. Sự oxy hóa, chất chống oxy hóa, các phương pháp xác định hoạt tính chống oxy hóa ... 25

1.3.1.1. Sự oxy hóa ... 25

1.3.1.2. Chất chống oxy hóa ... 26

1.3.1.3. Phương pháp xác định hoạt tính chống oxy hóa ... 27

1.3.2. Tổng quan về hợp chất polyphenol có tác dụng chống oxy hóa ... 30

1.3.3. Cơ chế hoạt động của các hợp chất chống oxy hóa polyphenol ... 36

1.3.3.1. Cơ chế chuyển nguyên tử hydro (Hydrogen Atomic Transfer-HAT) ... 36

1.3.3.2. Cơ chế chuyển một electron chuyển proton (Single Electron Transfer- Proton Transfer − SET−PT) ... 36

1.3.3.3. Cơ chế chuyển proton mất electron (Sequential Proton Loss Electron Transfer − SPLET). ... 37

1.3.4. Khả năng chống oxy hóa của các polyphenol trong chè xanh ... 37

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

1.3.4.1. Thành phần catechin trong lá chè xanh ... 37

1.3.4.2. Khả năng chống oxy hóa của EGCG, EC... 40

1.4. Các phương pháp đánh giá, đo lường tổn thương do bức xạ ở mức độ phân tử và tế bào. ... 44

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 46

2.1. Đối tượng nghiên cứu ... 46

2.1.1. DNA Plasmid ... 47

2.1.1.1. Tổng quan về plasmid ... 47

2.1.1.2. Phân loại plasmid ... 47

2.1.1.3. Hình thái và sự nhân lên của Plasmid ... 49

2.1.2. Nấm men Saccharomyces cerevisiae ... 50

2.1.2.1. Một số đặc tính của tế bào nấm men Saccharomyces ... 50

2.1.2.2. Cấu tạo ... 51

2.1.2.3. Sinh sản của tế bào nấm men ... 52

2.2. Nguyên vật liệu dùng trong nghiên cứu. ... 53

2.3. Phương pháp nghiên cứu. ... 54

2.3.1. Sơ đồ các bước nghiên cứu đánh giá khả năng bảo vệ phóng xạ của EGCG, EC, AA đối với DNA. ... 54

2.3.2. Phương pháp nghiên cứu với tế bào nấm men ... 61

2.3.2.1 Môi trường nuôi cấy tế bào nấm men ... 62

2.3.2.2. Tỷ lệ sống sót của tế bào ... 63

2.3.2.3 Phương trình LQ (Linear- quadratic) ... 63

2.4. Phương pháp bố trí mẫu và xử lý chiếu xạ ... 64

2.4.1 Chiếu xạ gamma (LET thấp) ... 64

2.4.2. Chiếu xạ chùm ion (LET cao) ... 65

2.4.3. Xác định liều hấp thụ ... 65

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ... 68

3.1. Đứt gãy DNA, giá trị G và tổn thương tương đối của DNA khi trong môi trường chứa DNA có EGCG, EC, AA. ... 68

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

3.2. Tỷ lệ sống sót của tế bào khi trong mơi trường ni cấy có chứa EGCG, AA ... 82

3.3. Thảo luận ... 90

3.3.1. Ảnh hưởng của độ truyền năng lượng tuyến tính (LET) đến mức độ tổn thương (DNA và tế bào sống) của bức xạ ... 90

3.3.2. Khả năng chống oxy hóa của EGCG là lớn hơn EC ... 93

3.3.3. So sánh khả năng chống oxy hóa của EGCG và AA ... 97

3.3.4. Tỷ lệ sống sót của tế bào khơng tỷ lệ thuận với số mol chất chống oxy hóa ... 100

3.3.5. Kết quả thu được tổn thương trên DNA chỉ có đứt gãy đơn (SSB) ... 101

3.3.6. Hệ số α và tỉ số α/β ... 103

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN ... 105

NHỮNG ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ... 107

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN... 108

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BDE Bond dissociation energy Năng lượng phân ly liên kết

CG (-)-Catechin gallate (-)-Catechin gallate

DNA Deoxyribonucleic acid Axit Deoxyribonucleic (DNA) DSB Double strain break Đứt gãy đôi

HAT Hydrogen atomic transfer Chuyển nguyên tử hydro

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

IRC Internal reaction coordinates Tọa độ phản ứng nội

LB Luria betani medium Môi trường LB (nuôi cấy vi khuẩn E.Coli)

LET Linear energy transfer Truyền năng lượng tuyến tính

QF Qualitive factor Hệ số chất lượng bức xạ RBE Relative biological effectiveness Hiệu quả sinh học tương đối REM Roentgen equivalent man Đơn vị đo liều tương đương, liều

hiệu dụng (1 rem = 0,01 Sv) REP Roentgen equivalent physical Đương lượng vật lý của bức xạ

Môi trường Tris EDTA

YPD Yeast extract - peptone - glucose

D-Môi trường nuôi cấy nấm men YPD

Hydroxyl radicals Gốc tự do hydroxyl

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Giá trị LET của một số bức xạ ion hóa chủ yếu . ... 10

Bảng 1.2. Mối tương quan giữa giá trị QF và LET của bức xạ . ... 22

Bảng 1.3. Mối tương quan giữa giá trị QF và loại bức xạ ion hóa . ... 22

Bảng 1.4. Các catechin đã được phân lập trong chè xanh . ... 39

Bảng 2.1. Ảnh hưởng của vị trí đặt mẫu và thời gian chiếu xạ đến liều chiếu và suất liều chiếu khi chiếu xạ trên nguồn Co-60. ... 64

Bảng 2.2. Ảnh hưởng của thời gian chiếu xạ đến liều chiếu và suất liều khi chiếu xạ chùm helium ... 65

Bảng 3.1. Tác dụng (bảo vệ phóng xạ) giảm tỷ lệ đứt gãy sợi đơn với DNA bị chiếu xạ gamma của các chất chống oxy hóa. ... 72

Bảng 3.2. Tác dụng (bảo vệ phóng xạ) giảm tỷ lệ đứt gãy sợi đơn với DNA bị chiếu xạ bởi chùm helium của các chất chơng oxy hóa. ... 77

Bảng 3.3. So sánh giá trị BDE (O-H) của một số hợp chất trong tự nhiên ... 96

Bảng 3.4. Bảng so sánh hằng số tốc độ bắt gốc OH của EGCG và AA. ... 99

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Chu kỳ tế bào với các quá trình (kỳ) nguyên phân . ... 19

Hình 1.2. Sự mất khả năng phân chia tế bào có thể xảy ra ở ngay tế bào bị chiếu xạ hoặc ở các thế hệ tiếp sau. ... 20

Hình 1.3. Tỷ lệ sống sót biểu diễn trên trục tọa độ nửa lôgarit . ... 21

Hình 1.4. Sự phụ thuộc tỷ lệ sống sót của tế bào vào liều chiếu xạ. Đường 1 tương ứng với tỷ lệ sống sót của tế bào khi chiếu xạ một lần với liều chiếu D, đường 2 tương ứng với tỷ lệ sống sót của tế bào khi chia D thành hai liều nhỏ cách nhau 10 giờ . ... 23

Hình 1.5. Ảnh hưởng của suất liều đối với độ mẫn cảm phóng xạ của tế bào. Tỷ lệ sống sót của tế bào ở suất liều cao nhất (đường A), tỷ lệ sống sót của tế bào ở suất liều thấp nhất (đường C), tỷ lệ sống sót của tế bào ở suất liều nằm trong khoảng cao nhất và thấp nhất (đường B) . ... 24

Hình 1.6. Cơng thức cấu tạo phân tử DPPH. ... 28

Hình 1.7. Cơ chế phản ứng của chất chống oxy hóa và DPPH. ... 28

Hình 1.8. Cơ chế phản ứng của chất chống oxy hóa và ABTS•+ . ... 29

Hình 1.9. Cơng thức cấu tạo của phân tử DMPD. ... 30

Hình 1.10. Cơng thức cấu tạo của phân tử TPTZ. ... 30

Hình 1.11. Cấu tạo phân tử của các hợp chất polyphenol đơn giản ... 31

Hình 1.12. Cấu tạo phân tử điển hình của các flavonoid . ... 32

Hình 1.13. Cấu tạo phân tử của hợp chất flavone . ... 32

Hình 1.14. Cấu tạo phân tử của hợp chất Flavonol . ... 33

Hình 1.15. Cấu tạo phân tử của hợp chất flavanone . ... 33

Hình 1.16. Cấu tạo phân tử của hợp chất dihydroflavonol . ... 34

Hình 1. 17. Cấu tạo phân tử của hợp chất flavanol . ... 34

Hình 1.18. Cấu tạo phân tử của hợp chất chalcone . ... 35

Hình 1.19. Cấu tạo phân tử của hợp chất isoflavone . ... 35

Hình 1.20. Cấu trúc của hợp chất anthocyanidin . ... 35

Hình 1.21. Sơ đồ các cơ chế chống oxy hóa . ... 37

Hình 1.22. Cơng thức phân tử tổng qt của catechin. ... 38

Hình 1.23. Một số cấu tạo phân tử catechin điển hình. ... 38

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Hình 1.24. Sự ổn định của electron khơng cặp đơi trong vịng gallate của

catechin. ... 41

Hình 1.25. Cấu tạo phân tử của AA . ... 42

Hình 1.26. Tương tác của AA với gốc tự do hydroxyl. ... 43

Hình 2.1. Sơ đồ thực nghiệm với plasmid DNA. ... 54

Hình 2.2. Phân tách DNA của plasmid ColE1 qua cột lọc gradien nồng độ. .... 55

Hình 2.3. Ni cấy E. coli trong môi trường lỏng LB đặt trong tủ ấm ... 56

Hình 2.4. Hình ảnh hệ điện di gel agarose ... 58

Hình 2.5. Mẫu DNA khi tra vào băng điện di ... 59

Hình 2.6. Hình ảnh của DNA sau khi chạy hệ điện di... 59

Hình 2.7. Hình ảnh thu được sau khi điện di quan sát mắt thường sau khi chiếu bằng bức xạ UV ... 60

Hình 2.8. Hình ảnh thu được trên máy chụp ảnh ... 60

Hình 2.9. Xác định tỷ lệ phần trăm các đứt gãy của DNA bằng phần mềm xử lý ảnh điên di ImageJ lab 6.0. ... 61

Hình 2.10. Sơ đồ thực nghiệm với tế bào nấm men. ... 61

Hình 2.11. Các tế bào nấm men được đặt trên màng lọc, đặt vào đĩa chuẩn bị cho chiếu xạ ... 62

Hình 2.12. Sơ đồ sắp xếp các mẫu chiếu trong buồng chiếu xạ gamma ... 65

Hình 2.13. Mô tả phương pháp đo liều chiếu xạ chùm ion helium ... 66

Hình 2.14. Hình minh họa lắp đặt đường truyền tia và buồng ion hóa. ... 67

Hình 2.15. Mẫu được gắn cố định trên bàn chiếu xạ. Đĩa phủ giấy lọc màu vàng là mẫu chứa tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae. Giấy lọc màu vàng là loại giấy đặc biệt cho phép bức xạ đi qua mà khơng mất năng lượng. Lăng kính vng màu trắng là tấm chắn silicon cho chùm tia chuẩn trực. ... 67

Hình 3.1. Hình ảnh điện di trên gel agarose 1,0% (w/v) của plasmid pUC118 bị chiếu xạ gamma với các liều xạ khác nhau. Giếng 1 - 3 ứng với liều chiếu 0 Gy; giếng 4 - 6 ứng với liều chiếu 25 Gy; giếng 7 - 9 ứng với liều chiếu 50 Gy; giếng 10-12 ứng với liều chiếu 75 Gy và giếng 12-14 ứng với liều chiếu 100 Gy. Giếng 16 là giếng đánh dấu trọng lượng phân tử DNA. ... 68

Hình 3.2. Tỷ lệ phần trăm đứt gãy đơn (SSB) của DNA plasmid sau khi chiếu xạ gamma khơng hoặc có bổ sung 300 µM EC hoặc EGCG hoặc AA. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (tổng số mẫu là 5). ... 69

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Hình 3.3. Tỷ lệ phần trăm đứt gãy đơn (SSB) của DNA plasmid sau khi chiếu xạ gamma khơng hoặc có bổ sung 500 µM EGCG hoặc EC hoặc AA. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (tổng số mẫu là 5). ... 70 Hình 3.4. Tỷ lệ phần trăm đứt gãy đơn (SSB) của DNA plasmid sau khi chiếu xạ gamma khơng hoặc có bổ sung 1000 µM EGCG hoặc EC hoặc AA. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (tổng số mẫu là 5). ... 71 Hình 3.5. Hình ảnh điện di trên gel agarose 1,0% (w/v) của plasmid pUC118 bị chiếu xạ helium với các liều xạ khác nhau. Giếng 1 là giếng đánh dấu trọng lượng phân tử DNA. Giếng 2- 4 ứng với liều chiếu 0 Gy; giếng 5 -7 ứng với liều chiếu 25 Gy; giếng 8 - 10 ứng với liều chiếu 50 Gy; giếng 11-13 ứng với liều chiếu 100 Gy. ... 73 Hình 3.6. Tỷ lệ phần trăm SSB của DNA plasmid sau khi chiếu xạ bằng ion helium khơng hoặc có bổ sung 300 µM EGCG hoặc EC hoặc AA. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (tổng số mẫu là 5). ... 74 Hình 3.7. Tỷ lệ phần trăm SSB của DNA plasmid sau khi chiếu xạ bằng chùm helium khơng hoặc có bổ sung 500 µM EGCG hoặc EC hoặc AA. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (tổng số mẫu là 5). ... 75 Hình 3.8. Tỷ lệ phần trăm SSB của DNA plasmid sau khi chiếu xạ bằng chùm ion helium không hoặc có bổ sung 1000 µM EGCG hoặc EC hoặc AA. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (tổng số mẫu là 5).... 76 Hình 3.9. Ảnh hưởng của hàm lượng EC, EGCG, AA đến giá trị G của bức xạ gamma đối với DNA plasmid. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (tổng số mẫu là 5). ... 78 Hình 3.10. Ảnh hưởng của hàm lượng EC, EGCG đến giá trị G (G value) của chùm helium đối với DNA plasmid. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (tổng số mẫu là 5). ... 79 Hình 3.11. Tổn thương tương đối của DNA khi bị chiếu xạ bằng bức xạ gamma theo hàm lượng chất chống oxy hóa bổ sung vào dịch chiết DNA chiếu xạ. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (tổng số mẫu là 5). ... 80 Hình 3.12. Tổn thương tương đối của DNA khi bị chiếu xạ bằng chùm ion helium theo hàm lượng chất chống oxy hóa bổ sung vào dịch chiết DNA chiếu xạ. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (tổng số mẫu là 5). ... 81

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Hình 3.13. Số khuẩn lạc phát triển sau khi chiếu xạ trên môi trường thạch YPD sau 2 ngày ở nhiệt độ 30 <small>0</small>C (a. khơng bổ sung chất chống oxy hóa, b. có bổ sung chất chống oxy hóa EGCG với hàm lượng 500 µM). ... 82 Hình 3.14. Tỷ lệ sống sót của tế bào nấm men được chiếu xạ bằng bức xạ gamma trong môi trường chứa EGCG, AA với hàm lượng 300 µM. Đường cong đáp ứng liều được mơ phỏng theo phương trình LQ. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (số mẫu là 5). ... 83 Hình 3.15. Tỷ lệ sống sót của tế bào nấm men được chiếu xạ bằng chùm bức xạ gamma trong sự có mặt của EGCG, AA hàm lượng 500 µM. Đường cong đáp ứng liều được mơ phỏng theo phương trình LQ. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (số mẫu là 5). ... 84 Hình 3.16. Tỷ lệ sống sót của tế bào nấm men được chiếu xạ bằng bức xạ gamma trong môi trường chứa EGCG, AA hàm lượng 1000 µM. Đường cong đáp ứng liều được mô phỏng theo phương trình LQ. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (số mẫu là 5). ... 85 Hình 3.17. Tỷ lệ sống sót của tế bào nấm men được chiếu xạ bằng chùm helium trong môi trường chứa EGCG, AA với hàm lượng 300 µM. Đường cong đáp ứng liều được mơ phỏng theo phương trình LQ. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (số mẫu là 5). ... 86 Hình 3.18. Tỷ lệ sống sót của tế bào nấm men được chiếu xạ bằng chùm helium trong môi trường chứa EGCG, AA với hàm lượng 500 µM. Đường cong đáp ứng liều được mơ phỏng theo phương trình LQ. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (số mẫu là 5). ... 87 Hình 3.19. Tỷ lệ sống sót của tế bào nấm men được chiếu xạ bằng chùm helium trong môi trường chứa EGCG, AA với hàm lượng 1000 µM. Đường cong đáp ứng liều được mơ phỏng theo phương trình LQ. Các giá trị được hiển thị dưới dạng trung bình ± SD (số mẫu là 5). ... 87 Hình 3.20. Ảnh hưởng của hàm lượng EGCG, AA đến hằng số α của phương trình LQ mơ phỏng tác hại của bức xạ gamma đối với tế bào nấm men. ... 88 Hình 3.21. Ảnh hưởng của hàm lượng EGCG, AA đến hằng số α của phương trình LQ mô phỏng tác hại của chùm helium đối với tế bào nấm men. ... 89 Hình 3.22. Ảnh hưởng của hàm lượng EGCG, AA đến tỉ số α/β của phương trình LQ mơ phỏng tác hại của bức xạ gamma đối với tỷ lệ sống của tế bào nấm men. ... 89

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Hình 3.23. Ảnh hưởng của hàm lượng EGCG, AA đến tỉ số α/β của phương trình LQ mơ phỏng tác hại của chùm helium đối với tỷ lệ sống của tế bào nấm men. ... 90 Hình 3.24. So sánh tỷ lệ sống của tế bào khi chiếu xạ bởi bức xạ gamma và bức xạ helium. ... 91 Hình 3.25. Tỷ lệ sống của tế bào V79-4 chuột phụ thuộc vào liều chiếu và LET . ... 92 Hình 3.26. Sự phụ thuộc SSB, DSB của DNA theo LET của bức xạ . ... 93 Hình 3.27. Hoạt tính chống oxy hóa được đo bằng các phương pháp ABTS, FRAP và DPPH . ... 94 Hình 3.28. Tỷ lệ sống sót của tế bào nấm men khi chiếu xạ bởi bức xạ gamma ... 95 Hình 3.29. Tỷ lệ tế bào nấm men được bảo vệ bởi EGCG và AA với hàm lượng khác nhau khỏi tác hại bức xạ gamma. ... 97 Hình 3.30. Tỷ lệ tế bào nấm men được bảo vệ bởi EGCG và AA với hàm lượng khác nhau khỏi tác hại của chùm helium. ... 97 Hình 3.31. Hệ số Ra, Rd của một số hợp chất . ... 98 Hình 3.28. Hiệu quả bảo vệ tế bào của EGCG trong trường hợp chiếu xạ bởi bức xạ gamma. CFU là số lượng khuẩn lạc sau khi chiếu xạ. CFU0 là số lượng khuẩn lạc khi khơng bị chiếu xạ . ... 101 Hình 3.33. Tỷ lệ sống của các tế bào nấm men đối chứng và được chỉnh sửa với các gen tái tổ hợp Rad 52<small>-</small> khi bị chiếu xạ bởi bức xạ gamma . ... 102

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

MỞ ĐẦU

Bức xạ ion hóa có thể bắt nguồn từ quá trình phân rã của các hạt nhân không bền hoặc do khử kích thích các nguyên tử và hạt nhân của chúng trong các lò phản ứng hạt nhân, máy X-quang, máy gia tốc cyclotron và các thiết bị khác. Cả các nguồn bức xạ ion hóa từ tự nhiên và có sẵn trên mặt đất hoặc từ nguồn con người tạo ra đều góp phần khiến con người bị phơi nhiễm và tạo thành mối nguy hiểm cho sức khỏe. Trong trường hợp xảy ra sự cố hạt nhân, một lượng lớn chất phóng xạ thốt ra môi trường. Đặc biệt, kể từ sau sự cố hạt nhân Fukushima Daiichi, rủi ro phơi nhiễm phóng xạ càng được quan tâm hơn. Khi tương tác với tế bào và cơ thể sống, bức xạ ion hóa tạo ra các gốc tự do (là các nguyên tử, phân tử hoặc ion có một hay một số điện tử hóa trị chưa ghép cặp hoặc có lớp vỏ điện tử mở, nên có thể xem là sản phẩm trung gian có một hoặc nhiều liên kết cộng hóa trị “lơ lửng” tồn tại độc lập). Các gốc tự do này tác động đến các phân tử sinh học (màng tế bào, protein, lipid, DNA có trong nhân tế bào) dẫn đến làm chết hoặc gây đột biến tế bào [1]. Các tổn thương do những gốc tự do này gây ra đối với DNA có thể bao gồm các đứt gẫy sợi đơn (SSB) trên các liên kết phosphodiester, hoặc đứt gãy sợi đôi (DSB) trên các vị trí đối diện hoặc bị dịch chuyển, tổn thương cơ sở, liên kết chéo protein-DNA và liên kết ngang protein-protein. Trong đó, đứt gãy đôi gây ra những tổn thương nghiêm trọng hơn đối với các tế bào bởi vì đây là tổn thương rất khó để sửa chữa hoặc q trình sửa chữa sẽ khơng hồn thiện và có thể làm xuất hiện những đột biến (tế bào lạ) [2, 3].

Hơn nữa, các tác động sinh học của bức xạ ion hóa thường được cho là phụ thuộc vào sự truyền năng lượng tuyến tính (LET) [1]. Bức xạ LET cao có khả năng gây ra nhiều DSB hơn. Bức xạ LET thấp tương tác với nước trong tế bào để tạo ra các gốc tự do sau đó tấn cơng DNA (tác động gián tiếp). Hầu hết năng lượng từ bức xạ LET cao được DNA hấp thụ trực tiếp để tạo ra các tổn thương DNA (thông qua tác động trực tiếp). Do vậy đánh giá tỷ lệ đứt gãy của DNA, tỷ lệ sống sót của tế bào là những nhân tố quan trọng trong việc xác định tác động sinh học của các bức xạ ion hóa [4].

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Đã từ lâu những chất có từ thiên nhiên đã được sử dụng làm chất chống oxy hóa để làm giảm tác động có hại của các bức xạ nói chung và bức xạ ion hóa nói riêng. Trong khi tổn thương do bức xạ gây ra có thể được xác định thơng qua số lượng các gốc tự do hình thành bằng thử nghiệm 2, 2′ - azinobis - (3 – ethylbenzothiazoline - 6 - sulfonic axit) (ABTS), 2, 2 – diphenyl – 1 – picrylhydrazyl (DPPH), tỷ lệ đứt gãy DNA, phân tích sai hình nhiễm sắc thể, hình thái tế bào, kích thước khối u… [5]. Hiệu quả “bảo vệ phóng xạ” của chất chống oxy hóa có thể được đánh giá thơng qua khả năng làm giảm mật độ các gốc tự do, giảm thiểu tổn thương do bức xạ khi chúng được bổ sung vào dịch chiết của các đại phân tử sinh học, thức ăn hoặc mơi trường sống của sinh vật. Vì các hợp chất chống oxy hóa có thể ngăn chặn sự hình thành khơng kiểm sốt của các gốc tự do hoặc ức chế phản ứng của chúng với các đối tượng sinh học. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để tìm kiếm các hợp chất nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp có tác dụng bảo vệ DNA, tế bào và cơ thể sống chống lại các tác động có hại của bức xạ. Chất chống oxy hóa có thể được phân loại dựa trên hoạt động của chúng thành chất chống oxy hóa enzyme và khơng enzyme. Chất chống oxy hóa enzyme hoạt động bằng cách phá vỡ và loại bỏ các gốc tự do. Loại chất chống oxy hóa này chuyển đổi các sản phẩm oxy hóa nguy hiểm thành hydro peroxyt (H<small>2</small>O<small>2</small>) và sau đó thành nước thơng qua một quy trình gồm nhiều bước với sự có mặt của các đồng xúc tác, chẳng hạn như đồng, kẽm, mangan và sắt. Chất chống oxy hóa phi enzyme hoạt động bằng cách làm gián đoạn hoặc dừng chuỗi phản ứng gốc tự do [2].

Khả năng bảo vệ các phần tử sinh học khỏi tác động không mong muốn gây bởi bức xạ ion hóa của các hợp chất tự nhiên đã được nhiều nhà khoa học ở Việt Nam quan tâm và nghiên cứu trong những năm gần đây. Có nhiều cơng trình nghiên cứu về khả năng loại bỏ các gốc tự do của một số hợp chất nguồn gốc thực vật phổ biến [6 - 10]. Điển hình như cơng trình nghiên cứu của các tác giả đến từ đại học Y Hà Nội và Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam (Vinatom). Ví dụ như những nghiên cứu của nhóm tác giả Trần Minh Quỳnh và cộng sự về khả năng tiêu hủy gốc tự do sinh ra khi bị chiếu xạ bởi bức xạ

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

gamma của dịch chiết thực vật và đông trùng hạ thảo [8, 9]. Các cơng trình nghiên cứu của nhóm tác giả Phạm Cẩn Nam và cộng sự (Đại học Đà Nẵng ) đã tiến hành nghiên cứu khả năng chống oxy hóa của các hợp chất chiết xuất từ gừng và chè xanh [10]. Trong đó, tác giả đã chọn các hợp chất như cucumin, (-)- epigallo-catechin gallate (EGCG), (-) - epicatechin (EC) để nghiên cứu khả năng chống oxy hóa [10]. Tuy nhiên, số lượng các cơng trình nghiên cứu trong nước về khả năng bảo vệ của các chất chống oxy hóa tới các phần tử sinh học như DNA và tế bào bị chiếu xạ vẫn còn rất hạn chế.

Trên thế giới, vai trò làm giảm các gốc tự do sinh ra bởi các bức xạ ion hóa của các hợp chất trong tự nhiên hoặc tổng hợp, cũng như hiệu quả bảo vệ phóng xạ của chúng đã được quan tâm nghiên cứu từ rất lâu [11]. Hướng nghiên cứu này tiếp tục được quan tâm và phát triển với các mơ hình tính tốn và thực nghiệm mới sau sự cố Fukushima Daiichi năm 2011. Các nhà khoa học tại viện nghiên cứu Hạt nhân – Đại học Fukui, Nhật Bản cũng đang tiến hành các thí nghiệm nghiên cứu để đo tỷ lệ đứt gãy của DNA và tính tốn tỷ lệ sống của tế bào nhằm đánh giá sự suy giảm các gốc tự do sinh ra do bức xạ ion hóa khi trong môi trường sống của tế bào và dịch chiết DNA được bổ sung các hợp chất chống oxy hóa nguồn gốc tự nhiên.

Vitamin C (Acid ascorbic (AA)) được coi là một chất chống oxy hóa mạnh được tìm thấy tự nhiên trong một số loại trái cây, bao gồm trái cây họ cam quýt, nhiều loại rau và được sử dụng như thành phần của thực phẩm chức năng [12,13] Với cấu trúc hóa học gồm 4 nhóm cho liên kết hydro và 6 nhóm nhận liên kết hydro, AA là nguồn cung cấp điện tử tuyệt vời cho các gốc tự do đang tìm kiếm điện tử để lấy lại sự ổn định của chúng [12 - 14]. Từ lâu, AA đã được biết đến như một chất có khả năng bảo vệ cơ thể sống khỏi bức xạ ion hóa [13 - 15]. Khả năng bảo vệ phóng xạ của EGCG, EC đối với chiếu xạ gamma ở chuột cũng đã được nghiên cứu [16 - 18]. Hơn nữa, đã có báo cáo rằng EGCG, EC có hiệu quả trong việc ngăn chặn sự đứt gãy phân tử DNA do bức xạ ion hóa [19]. Tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu trong đó tác dụng bảo vệ của các chất chống gốc tự do được thực hiện đồng thời ở cấp độ tế bào và DNA. Cần có thêm các

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

nghiên cứu đánh giá khả năng bảo vệ bức xạ của AA, EGCG, và/hoặc EC đối với phân tử mang thông tin di truyền DNA và tế bào sống thông qua các cơ chế tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp của bức xạ.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ đánh giá và phân tích cơ chế bảo vệ DNA và tế bào của một số chất có trong tự nhiên trong việc chống lại các tác hại của bức xạ ion hóa. Để đánh giá khả năng bảo vệ bức xạ của những chất này đối với các bức xạ có mức truyền năng lượng tuyến tính (LET) khác nhau, chúng tôi sử dụng tia gamma (LET thấp) và chùm ion helium (LET cao) để chiếu xạ.

Tính cấp thiết của luận án:

Nhân viên bức xạ khi phải ứng phó sự cố bức xạ cũng như sự cố hạt nhân, trong vận hành các cơ sở hạt nhân hoạt động bình thường, kể cả lò phản ứng nghiên cứu công suất thấp; các bác sĩ, kỹ thuật viên của các khoa X-quang can thiệp, kỹ thuật viên xạ hình cơng nghiệp phải tiếp xúc với các nguồn phóng xạ hoạt độ lớn và trường bức xạ có năng lượng cao có nhiều khả năng phải chịu những liều bức xạ cao hơn mức liều nghề nghiệp làm tăng nguy cơ rủi ro sức khỏe. Cơ chế gây rủi ro sức khỏe đối với cơ thể sống khi bị chiếu xạ được chứng minh là do năng lượng bức xạ trực tiếp ion hóa các phân tử, bẻ gãy các liên kết hóa học của DNA, lipid, protein… hoặc gián tiếp ion hóa các phân tử nước trong cơ thể tạo ra các phần tử có tính oxy hóa mạnh, đó là các gốc tự do, các ion và peroxyde như OH•, H+, H<small>2</small>O-, H<small>2</small>O<small>2</small> tham gia vào q trình oxy hóa làm thay đổi cấu trúc mô và tế bào. Việc nghiên cứu khả năng bảo vệ phóng xạ của các hợp chất tự nhiên do đó là rất cần thiết để phát triển các sản phẩm bảo vệ bức xạ cho nhân viên hoặc nạn nhân trong các sự cố bức xạ và hạt nhân.

Mục tiêu của luận án:

Với đề tài luận án: “Nghiên cứu khả năng làm giảm mật độ các gốc tự do gây bởi bức xạ ion hóa của các hợp chất tự nhiên”, mục tiêu chính của chúng tơi là đánh giá và phân tích cơ chế bảo vệ DNA và tế bào của các chất chống oxy hóa tự nhiên thơng qua khả năng làm giảm mật độ các gốc tự do hình thành trong quá trình DNA và tế bào bị chiếu xạ. Các mục tiêu cụ thể của luận án gồm:

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

- Làm rõ ảnh hưởng của bức xạ ion hóa đến DNA plasmid và tế bào sống. - Xác định mức độ tổn thương của DNA bị chiếu xạ trong điều kiện có/khơng có các chất chống oxy hóa.

- Tính tốn tỷ lệ sống sót của tế bào bị chiếu xạ với các bức xạ khác nhau trong điều kiện có hoặc khơng có các chất chống oxy hóa. Dùng phương trình LQ để mơ tả sự suy giảm tỷ lệ sống sót (S) theo liều hấp thụ (D).

Ý nghĩa khoa học của luận án:

Triển khai một hướng nghiên cứu mới, phù hợp với xu thế chung trên thế giới cũng như các điều kiện của Việt Nam: Tìm kiếm chất chống oxy hóa nguồn gốc tự nhiên thân thiện mơi trường. Luận án cịn có vai trị đóng góp vào việc đánh giá và định lượng khả năng bảo vệ phóng xạ của một số chất chống oxy hóa nhằm giảm tổn thương do bức xạ ion hóa đối với DNA và tế bào sống, hướng tới việc ứng dụng thực tiễn.

Những kết quả nghiên cứu của luận án:

1. Đã định lượng được tỷ lệ đứt gãy của DNA plasmid khi bị chiếu xạ bởi bức xạ gamma (LET thấp), bức xạ helium (LET cao) trong điều kiện mơi trường chứa DNA khơng có các chất chống oxy hóa và chứa các chất chống oxy hóa như AA, EGCG, EC. Khi mơi trường chứa DNA plasmid có các chất chống oxy hóa, tỷ lệ tổn thương trên DNA plasmid giảm mạnh. Nói cách khác, các chất chống oxy hóa tự nhiên AA, EGCG, EC có tác dụng bảo vệ DNA plasmid khỏi tác động có hại của bức xạ ion hóa.

2. Đã định lượng được tỷ lệ sống sót của tế bào nấm men khi bị chiếu xạ bởi bức xạ ion hóa (bức xạ gamma, bức xạ helium) khi nấm men được nuôi cấy trong môi trường YPD lỏng không có chất chống oxy hóa và chứa chất chống oxy hóa như AA và EGCG. Trong các hàm lượng khảo sát 300 µM, 500 µM và 1000 µM của AA và EGCG, kết quả thực nghiệm đều cho thấy tỷ lệ sống sót của tế bào tăng, nghĩa là AA và EGCG có tác dụng bảo vệ tế bào chống lại các bức xạ ion hóa.

3. Đã đưa ra kết quả thực nghiệm về ảnh hưởng của độ truyền năng lượng tuyến tính (LET) đến mức độ tổn thương bức xạ (DNA và tế bào sống).

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

4. Từ sự phân tích và so sánh giữa giá trị thực nghiệm, chúng tôi đưa ra được tỷ lệ tổn thương tương đối của DNA plasmid khi được bảo vệ bởi hợp chất EGCG) và EC có trong chè xanh từ đó đi đến kết luận EGCG có khả năng chống oxy hóa tốt hơn so với EC.

5. Bằng việc đánh giá tỷ lệ bảo vệ tế bào theo hàm lượng mol, kết quả thực nghiệm cho thấy AA có khả năng bảo vệ tốt hơn so với EGCG ở nồng độ 300 µM và 1000 µM.

6. Kết quả thực nghiệm tỷ lệ sống của tế bào phụ thuộc vào liều chiếu trong đó hàm lượng của EGCG và AA trong môi trường nuôi cấy nấm men YPD thay đổi từ 0 µM, 300 µM, 500 µM, 1000 µM cho thấy tỷ lệ sống không tỷ lệ với nồng độ. Dựa vào sự phụ thuộc này đưa ra nhận định EGCG với hàm lượng 500 µM và AA với hàm lượng 300 µM bảo vệ tốt nhất tế bào khỏi bức xạ ion hóa.

7. Từ số liệu thực nghiệm, dựa vào đường cong phản ứng liều xác định được các thơng số theo phương trình LQ. Giá trị của hằng số α và α/β trong phương trình LQ đối với bức xạ LET thấp và LET cao giảm khi môi trường nuôi cấy tế bào nấm men có bổ sung EGCG và AA. Giá trị của α/β có xu hướng giảm khi mơi trường sống của tế bào nấm men có bổ sung EGCG, AA. Điều này chỉ ra rằng EGCG, AA làm giảm sự đứt gãy của các phân tử DNA và giảm đột biến trong các tế bào bị chiếu xạ.

Những đóng góp mới của luận án:

1. Kết quả nghiên cứu của luận án đã định lượng được tỷ lệ đứt gãy DNA plasmid và tỷ lệ sống của tế bào nấm men bị chiếu xạ bởi bức xạ gamma và chùm helium.

2. Xác định được hàm lượng chất chống oxy hóa EGCG và AA thích hợp để giảm mức độ tổn thương DNA, và bảo vệ tế bào nấm men khỏi tác động gây chết của hai loại bức xạ trên.

3. Đây cũng là nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam đánh giá tác động của chiếu xạ chùm ion helium đối với DNA và tế bào nấm men. Kết quả nghiên cứu

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

giúp mở rộng hợp tác của cơ sở đào tạo với các cơ sở nghiên cứu về Vật lý hạt nhân và Sinh học phóng xạ của Nhật Bản trong thời gian tới.

Những kết quả nghiên cứu và đóng góp mới của luận án đã được cơng bố trên các tạp chí, hội nghị Quốc tế uy tín trong danh mục Scopus cũng như trên các hội nghị Quốc gia uy tín:

- Tran Thi Nhan, Youichirou Matuo, Yoshinobu Izumi, Maradi Abdillah, Lukas Wisnu Wicaksono, Vuong Thu Bac, Comparison of radiation protection effects between epigallocatechin gallate and ascorbic acid, Salud, Ciencia y Tecnología, 2023, 3, p.564 (Tạp chí quốc tế thuộc danh mục Scopus)

- Thi Nhan Tran, Lukas Wisnu Wicaksono, Maradi Abdillah, Youichirou Matuo, Kikuo Shimizu, Kyo Kume and Yoshinobu Izumi, Radiation protection of yeast cells and dna by epigallocatechin gallate and epicatechin,

- Tran Thi Nhan, Youichirou Matuo, Maradi Abdillah, Lukas Wisnu Wicaksono, and Yoshinobu Izumi, Ascorbic acid as a radiation-protective agent against ionizing radiation, 8th International Conference on the Development of Biomedical Engineering in Vietnam, IFMBE Proceedings 85, Springer Nature

(Proceeding hội nghị thuộc danh mục Scopus)

- Tran Thị Nhan, Vuong Thu Bac, Dang Duc Nhan, tác dụng bảo vệ bức xạ đối với tế bào nấm mem bằng việc bổ sung Epigallocatechin Gallate, Hội nghị Khoa học và Cơng nghệ hạt nhân tồn quốc lần thứ 15, Nha Trang, 09-11/8/2023.

- Trần Thị Nhàn, Youichirou Matuo, Vương Thu Bắc, Đặng Đức Nhận, Yoshinobu Izumi, Nghiên cứu khả năng bảo vệ tế bào khỏi các bức xạ ion hóa của epigallocatechin gallate bằng phản ứng chuỗi polymerase (PCR), Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14, Đà Lạt, 09-10/12/2021.

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

- Trần Thị Nhàn, Tác dụng bảo vệ tế bào nấm men của epigallocatechin gallate (EGCG) khỏi các tổn thương ion hóa gây bởi chùm tia rơnghen (tia X), Hội Thảo Khoa Học Quốc Gia Các Nhà Nghiên Cứu Trẻ, 11/2019, pp. 248-351.

- Định hướng nghiên cứu tiếp theo

- Danh mục các cơng trình liên quan đến luận án - Tài liệu tham khảo

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Gốc tự do

Gốc tự do là các nguyên tử, phân tử hoặc ion có một hay một số điện tử hóa trị chưa ghép cặp hoặc có lớp vỏ điện tử mở, nên có thể xem là sản phẩm trung gian có một hoặc nhiều liên kết cộng hóa trị “lơ lửng” tồn tại độc lập. Chính các liên kết tự do này giúp nó dễ dàng phản ứng với các chất khác hoặc chính nó và thậm chí khơi mào chuỗi phản ứng do có tính linh động và khả năng phản ứng cao. Thông thường, các phân tử mang các cặp electron liên kết và các cặp electron đơn độc làm cặp electron không liên kết hoặc cặp electron không chia sẻ. Mỗi cặp electron liên kết hoặc khơng liên kết có hai electron đối diện nhau về hướng spin, + 1/2 và - 1/2 trong một quỹ đạo dựa trên nguyên lý loại trừ Pauli. Hầu hết các phân tử đều chứa số electron chẵn và liên hết hóa học cộng hóa trị giữ các nguyên tử lại với nhau trong phân tử thường bao gồm các cặp electron được chia sẻ chung bởi các nguyên tử nhờ các liên kết. Hầu hết các gốc tự do được phát sinh do sự phân tách các liên kết cặp electron thông thường, mỗi sự phân tách đã tạo ra hai thực thể riêng biệt, mỗi thực thể chứa một electron độc lập, chưa ghép cặp từ liên kết bị đứt. Do có các electron lẻ nên các gốc tự do thường có tính phản ứng cao. Chúng kết hợp với nhau hoặc với các nguyên tử đơn lẻ cũng mang các electron tự do để tạo thành các phân tử thông thường, tất cả các electron của chúng đều được ghép đôi; hoặc chúng phản ứng với các phân tử nguyên vẹn (tổ chức sinh học), tách các phần của phân tử để hoàn thành các cặp electron riêng của chúng và tạo ra các gốc tự do mới trong quá trình này [20, 21].

Các gốc tự do giữ vai trò quan trọng trong nhiều quá trình hóa học khác nhau như phản ứng cộng gốc, thế gốc, loại bỏ gốc và phản ứng dây chuyền. Trong tự nhiên, các gốc tự do là sản phẩm chuyển hóa bình thường của tế bào và cơ thể sống. Các gốc tự do cũng có thể được tạo ra bằng cách tổng hợp với các tác nhân rất loãng hoặc hiếm, thực hiện các phản ứng ở nhiệt độ rất thấp hoặc phá vỡ các liên kết hóa học của các phân tử lớn hơn. Sự phân hủy các phân tử thành gốc tự do có thể đạt được khi phân tử gốc nhận đủ đủ năng

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

lượng, chẳng hạn khi bị xử lý nhiệt, chiếu xạ bằng bức xạ ion hóa, điện phân và các phản ứng hóa học.

Bức xạ ion hóa gồm các bức xạ hạt (neutron và các hạt tích điện), và bức xạ điện từ (photon) sinh ra từ quá trình phân rã của các hạt nhân khơng bền hoặc do khử kích thích các nguyên tử và hạt nhân của chúng trong các lò phản ứng hạt nhân, máy gia tốc... Khi tương tác với vật chất, các bức xạ này sẽ truyền một phần hoặc toàn bộ năng lượng để ion hóa vật chất tạo thành các gốc tự do và các ion. Một trong những gốc tự do đáng chú ý nhất là hydroxyl (OH

), thường hình thành khi vật chất chứa nước bị chiếu xạ [1].

Trong y sinh học, người ta dùng khái niệm hệ số truyền năng lư ợng tuyến tính viết tắt theo tiếng anh là LET (Linear Energy Transfer) để diễn đạt giá trị năng lượng bức xạ đã chuyển giao cho vật chất [1].

 (1.1) ΔE là giá trị năng lượng từ hạt hoặc photon được chuyển giao trên chiều dài Δx của quỹ đạo. Đơn vị đo của LET là J/m hoặc KeV/µm. Giá trị LET cũng nói lên khả năng ion hoá và tỷ lệ với độ ion hoá tuyến tính của chùm hạt. Như vậy với các bức xạ tới khác nhau có cùng một năng lượng thì giá trị LET khác nhau vì khả năng ion hố của chúng khác nhau. LET của hạt alpha lớn hơn của hạt beta và của photon gamma. Giá trị LET ở đoạn cuối quỹ đạo của một hạt nào đó cũng lớn hơn ở đầu quỹ đạo vì ở cuối quỹ đạo vận tốc hạt chậm hơn, xác suất tương tác lớn hơn và do đó độ ion hố cũng lớn hơn. Bảng 1.1 cho biết giá trị LET của một số bức xạ [22].

Bảng 1.1. Giá trị LET của một số bức xạ ion hóa chủ yếu [22]. Bức xạ Điện tích Năng lượng bức xạ (MeV) Giá trị LET (keV/µm)

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Tùy vào độ truyền năng lượng tuyến tính (Linear Energy Transfer – LET) của bức xạ, mà số lượng và đặc tính của các gốc tự do hình thành sẽ khác nhau. Các bức xạ LET cao (hạt alpha, chùm điện tử) thường tác động trực tiếp với các phân tử chất tan tạo thành các gốc tự do lớn, trong khi bức xạ có LET thấp (tia gamma, tia X) tương tác với các phân tử nước tạo thành các gốc tự do linh động. Các gốc tự do và ion hình thành, sau đó tiếp tục tham gia các phản ứng khác nhau gây ra những hiệu ứng vật lý, hóa học và sinh học trong đối tượng bị chiếu xạ. Bức xạ ion hóa có thể tác động trực tiếp đến các phân tử chủ yếu trong tế bào và cơ thể sống như DNA, enzyme, axit béo, vitamin hoặc tác động gián tiếp thơng qua q trình phân ly phóng xạ phân tử nước tạo thành các cặp ion hoặc các phân đoạn có kích thước nhỏ và linh động với động năng nhất định để tiếp tục phản ứng dây chuyền, làm sai lệch chức năng sinh học, gây đột biến và thậm chí gây chết tế bào và cơ thể.

1.2. Tác động của bức xạ ion hóa lên các phần tử sinh học

Sự ion hóa ngun tử hay phân tử làm thay đổi tính chất hóa học hay sinh học – làm tổn thương tới các phân tử sinh học. Tổn thương gây ra bởi bức xạ là hệ quả của các tổn thương ở nhiều mức độ liên tục diễn ra trong cơ thể sống từ tổn thương phân tử, tế bào, mô đến tổn thương các cơ quan và các hệ thống của

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

cơ thể. Hậu quả của các tổn thương này làm phát sinh những triệu chứng lâm sàng, có thể dẫn đến tử vong. Tuy nhiên, các tế bào đều có khả năng tự sửa chữa, phục hồi tổn thương. Khả năng phục hồi tổn thương phụ thuộc vào loại tế bào, giai đoạn phát triển và bản chất của bức xạ tới. Sự phục hồi này cũng diễn ra từ mức độ phân tử, tế bào, mô đến các cơ quan và các hệ thống trong cơ thể. Trong phạm vi nghiên cứu của luận án này, chúng tôi đã xét đến những tốn thương do bức xạ ion hóa gây ra trong phạm vi phân tử và tế bào.

Tác động của bức xạ ion hóa lên cơ thể con người qua hai cơ chế: Trực tiếp và gián tiếp. Cả hai cơ chế này đều sinh ra các gốc tự do gây hại cho các tổ chức sinh học. Theo quan điểm lượng tử, một phân tử có một electron chưa ghép cặp trong một quỹ đạo nguyên tử của nó được gọi là gốc tự do.

1.2.1. Cơ chế tác dụng trực tiếp

Cơ chế này xảy ra khi bức xạ ion hoá tác động trực tiếp đến các phân tử hữu cơ (DNA, protein, lipit…..). Để đơn giản người ta chỉ quan tâm đến DNA do đây là phần tử mang thơng tin di truyền có thể di truyền cho các thế hệ sau. Những bức xạ với năng lượng cao khi đi vào cơ thể có thể gây nên các q trình kích thích hay ion hoá, làm đứt gãy các mối liên kết trong các gen, các nhiễm sắc thể của tế bào, gây tổn thương đến chức năng của tế bào. Các phần tử hữu cơ quan trọng bị tổn thương gây nên các tác dụng sinh học tiếp theo như sai lệch chức năng hoạt động, gây đột biến gen, hủy diệt tế bào, v.v… Có thể mơ hình hóa các quá trình trên bằng sơ đồ sau đây:

~~ → 𝐴𝐵 → 𝐴𝐵<small>ABh</small>

AB  hoặc <small>A' B</small>

Năng lượng bức xạ ~~ → có thể truyền cho phân tử AB và đưa AB về trạng thái kích thích (AB). Ở trạng thái đó, phân tử AB dễ kết hợp với các phân tử khác tạo ra phản ứng hóa học mới hoặc chuyển giao năng lượng đã tiếp nhận được  <small>h</small> cho phân tử khác để trở về trạng thái ổn định ban đầu (AB).

Cũng có khi phân tử ở trạng thái kích thích AB bị phân ly thành các phân tử nhỏ hơn và cũng ở trạng thái kích thích (A, B), dễ gây các phản ứng hóa học mới và các phân tử mới với những động năng nhất định (A’, B’), di

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

chuyển trong môi trường.

Các phân tử bị ion hóa theo sơ đồ sau [1, 22]:

Năng lượng bức xạ (~~ →) có thể ion hóa các phân tử hữu cơ tạo ra các ion âm hoặc dương (AB<small>+</small>, AB<small>-</small>). Các ion này dễ kết hợp với nhau hoặc tự phân ly thành các ion (A<small>+</small>, B<small>+</small>, A<small>-</small>, B<small>-</small>) và các phân tử nhỏ hơn với những động năng nhất định (A’, B’). Các sản phẩm mới này dễ tạo ra các phản ứng hóa học mới với các phân tử hữu cơ khác trong tổ chức sinh học [1].

Các q trình kích thích và ion hóa các ngun tử, phân tử; các phản ứng hóa học xảy ra giữa các phân tử trước hết gây nên các tổn thương tại đó và sau đó có thể lan truyền ra các phân tử khác ở xung quanh.

Một trong những luận điểm chứng minh cho cơ chế tác dụng trực tiếp của bức xạ ion hóa lên tổ chức sinh học là thuyết “điểm nóng” Déseauer. Déseauer giải thích rằng năng lượng của bức xạ được hấp thụ tập trung vào những điểm rất nhỏ trong phân tử. Do vậy nhiệt độ tại điểm đó tăng cao làm cho cấu trúc phân tử bị phá hủy. Các cấu trúc bị phá hủy trước hết là các mạch nối giữa các phân tử carbon (C - C) hoặc giữa carbon và hydro (C - H).

1.2.2. Cơ chế tác dụng gián tiếp

Cơ chế này xảy ra khi bức xạ ion hoá các phân tử nước, sau đó các sản phẩm phân ly phóng xạ của phân tử nước tác dụng lên phân tử hữu cơ.

Trong tế bào và cơ thể sống, nước chiếm tỷ lệ rất cao (70% đến 90%) nên tổ chức sinh học có thể được xem như một mơi trường lỏng của các phân tử hữu cơ. Tỷ lệ nước trong tế bào là rất lớn so với các chất hữu cơ. Chẳng hạn, có khoảng 1,2×10<small>7</small> phân tử nước so với một phân tử DNA, do đó bức xạ vào cơ thể sẽ tương tác với các phân tử nước nhiều hơn các phân tử DNA. Sự ion hố có

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

thể dẫn đến sự thay đổi phân tử nước tạo thành các sản phẩm xạ phân có tính phản ứng cao, dễ dàng gây tác động gián tiếp tới DNA, làm thay đổi nhiễm sắc thể, từ đó làm thay đổi cấu trúc và chức năng của tế bào [2].

Bức xạ ion hóa tác dụng lên các phân tử nước, truyền năng lượng cho nó để tạo ra các sản phẩm hóa học mới là các ion dương hoặc âm (H<small>2</small>O<small>- </small>, H<small>2</small>O<small>+</small>, H<small>+</small>, OH<small>-</small>) và các phân tử ở trạng thái kích thích H<small>2</small>O<small>,</small>H<small>,</small>OH<small>,</small>HO<small>2</small>… có tính phản ứng cao. Các sản phẩm mới này sẽ gây nên các phản ứng hóa học dây chuyền làm biến đổi các phân tử hữu cơ trong tế bào và cơ thể. Như vậy năng lượng của bức xạ đã tác dụng lên các phân tử hữu cơ của tổ chức, gián tiếp thông qua phân tử nước có trong đó [1, 23].

Lee là người đầu tiên đã làm nhiều thí nghiệm và xác minh được các quá trình liên quan đến tác dụng gián tiếp của bức xạ thơng qua phân tử nước. Có thể tóm tắt các q trình đó bằng sơ đồ sau đây:

- Kích thích phân tử nước:

~~ → <small>H</small>₂<small>OH</small>₂<small>O</small>- Ion hóa phân tử nước:

Bức xạ làm bật điện tử của phân tử nước và biến nó thành ion dương (H<small>2</small>O)<small>+</small>. ~ ~  H<small>2</small>O  H<small>2</small>O<small>+</small> + e

H<small>+</small> OH

Phân tử nước có thể nhận được một điện tử và trở thành ion âm H<small>2</small>O<small>- </small>

Các phân tử ở trạng thái kích thích <small>H , OH</small>rất dễ kết hợp với nhau tạo ra các sản phẩm hóa học mới:

HHH

₂



<small>OHHH</small>₂<small>OOHOHH</small> ₂<small>O</small>₂

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

H<small>2</small>O<small>2</small> là một hợp chất rất độc đối với các phân tử hữu cơ và cơ thể sống vì đó là một chất oxy hóa rất mạnh. Trên thực tế lượng H<small>2</small>O<small>2</small> được sản sinh ra nhiều hơn vì có các phản ứng sau đây nếu trong tổ chức có nhiều O<small>2</small>:

Trong cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa lên tổ chức sinh học, hai lý thuyết tác dụng trực tiếp và tác dụng gián tiếp đều có giá trị quan trọng của nó. Ở mọi lúc, mọi chỗ, cả hai cơ chế đó đều tồn tại những tùy thuộc mơi trường và điều kiện mà có lúc cơ chế này có vị trí và vai trị lớn hơn cơ chế kia. Hai cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa lên tổ chức simh học giúp chúng ta hiểu được sâu

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

sắc hơn bản chất của các q trình phóng xạ sinh học [1, 22]. 1.2.3. Tổn thương do bức xạ ion hóa

1.2.3.1. Tổn thương ở mức độ phân tử

Trong các tổ chức sinh học có các phân tử vơ cơ và hữu cơ nhưng quan trọng nhất là các đại phân tử hữu cơ. Các tổn thương ở phân tử hữu cơ là cơ sở đầu tiên gây nên tổn thương ở mức độ tế bào, mơ và tồn cơ thể. Như trên đã nói, bức xạ ion hóa có thể kích thích hoặc ion hóa các nguyên tử cấu tạo nên phân tử. Từ đó phá vỡ các mối liên kết, phân ly các phân tử, tạo ra các sản phẩm hóa học mới gây nên tổn thương lớn hơn và lan rộng hơn.

Biểu hiện của các tổn thương phân tử do chiếu xạ là [20, 23, 24]:

 Giảm hàm lượng của một hợp chất hữu cơ nhất định nào đó sau chiếu xạ so với trước lúc chiếu xạ. Thơng thường đó là các men sinh học (enzyme), các protein đặc hiệu, các acid nhân. Hàm lượng của các hợp chất bị giảm vì quá trình tổng hợp và sản sinh chúng bị kìm hãm hoặc do chúng bị phân hủy trong quá trình chiếu xạ mà chủ yếu là do các nhóm chức hóa học như gốc amin (NH<small>2</small>), cacboxyl (COOH), gốc SH bị tách lìa khỏi cấu trúc của phân tử hữu cơ.

 Hoạt tính sinh học của các phân tử hữu cơ bị suy giảm hoặc mất hẳn do cấu trúc phân tử bị phá vỡ hoặc bị tổn thương. Ta biết mỗi phân tử hữu cơ có một cấu trúc nhất định. Cấu trúc đó quyết định chức năng hoạt động của nó. Bức xạ ion hóa tách rời hoặc phá hủy các nhóm chức hóa học khỏi cấu trúc phân tử làm cho chúng khơng cịn giữ được chức năng sinh học riêng và hoạt động bình thường nữa.  Tăng hàm lượng một số chất có sẵn hoặc xuất hiện những chất lạ có

trong tổ chức sinh học. Thơng thường đó là những chất có hại, hoặc gây độc cho tổ chức sinh học. Đó là sản phẩm mới của sự phân hủy các phân tử hữu cơ hoặc của các phản ứng hóa học mới xảy ra do chiếu xạ. Điển hình là H<small>2</small>O<small>2</small>, histamine.

Các phân tử hữu cơ bị tổn thương ảnh hưởng đến sự phát triển và hoạt động của tế bào giảm khả năng hoạt động chức năng một số mô. Một trong

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

những tổn thương phân tử ảnh hưởng đến chức năng sinh học quan trọng là tổn thương phân tử DNA. Sau khi bị chiếu xạ, phân tử DNA có thể bị tách bỏ hoặc bị phá hủy gốc purin, pirimidin, gốc NH<small>2</small>, gốc đường [3].

Bức xạ ion hóa có thể làm thay đổi các phản ứng sinh tổng hợp các bazo, ngưng quá trình nhân đơi các bazo, làm biến đổi cấu trúc hoặc tách các bazo ra khỏi khung phốt phát của phân tử DNA, ảnh hưởng đến khả năng sao chép và phiên mã của DNA. Bức xạ cũng làm đứt chuỗi poly nucleotit tạo ra các mảnh đứt của phân tử DNA. Từ đó tạo ra hiện tượng khâu mạch, tạo gel, sắp xếp lại thể nhiễm sắc. Như thế tổn thương có thể xảy ra ở các cấu trúc không gian của DNA kể cả cấu trúc bậc một và bậc hai như đứt chuỗi po-ly-nu-clê- ô- tit, đứt liên kết phốt pho đi-es-ter và tạo ra các mối liên kết hóa học mới thơng qua hiện tượng liên kết ngang (cross-linking).

Khi bị chiếu xạ, phân tử DNA có thể bị ba tổn thương sau đây [25]: - Tổn thương các bazo và các gốc đường.

- Gãy các mạch nối đơn hoặc đôi trong cấu trúc DNA. - Phá hủy cấu trúc không gian của phân tử DNA.

Do phân tử DNA bị tổn thương nên có thể ảnh hưởng đến thuộc tính di truyền mà các phân tử DNA đó đảm nhiệm trong việc sản xuất các hợp chất sinh học cần thiết và đảm bảo việc chuyển các đặc tính di truyền khi phân bào.

Với các phân tử protein, tác dụng của bức xạ phóng xạ lại càng phức tạp. Nhiều biến đổi bên trong cấu trúc phân tử có thể xảy ra và rất khó phát hiện. Nhìn chung có những loại biến đổi sau đây do bức xạ ion hóa [23, 24, 26]:

- Đứt gẫy mạch chính làm giảm trọng lượng phân tử protein.

- Khâu mạch: là sự chấp nối sai lệch các mảnh lại với nhau. Có hai loại khâu mạch: khâu mạch ngay bên trong một phân tử protein và khâu mạch giữa các phân tử trong tế bào, hệ thống sống.

- Phá hủy cấu trúc thứ cấp, cấu trúc không gian. Thông thường cấu trúc này duy trì được nhờ lực hóa trị của liên kết hydro. Bức xạ ion hóa có thể phá vỡ cấu hình này.

Biểu hiện của sự biến đổi các phân tử protein là thay đổi các tính chất

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

hóa lý như độ dẫn điện, trọng lượng phân tử, tính chất quang phổ, độ hịa tan v.v…

Trong các loại protein, enzyme (men) là đối tượng được quan tâm nhất vì chúng có ý nghĩa rất quan trọng trong hoạt động sống. Vì vậy nhiều nghiên cứu về phóng xạ sinh học tiến hành trên các loại men sinh học.

Mỗi loại tế bào đều có một chức năng đặc hiệu. Sự mất chức năng đặc hiệu gắn với tổn thương những loại phân tử nhất định. Từ “Phân tử chủ chốt” (Key Molecules) dùng để chỉ đến những phân tử hữu cơ có trong tế bào quyết định hoạt động chức năng và đời sống tế bào. Nếu các phân tử đó bị thương tổn, chức năng tế bào bị rối loạn hoặc cả tế bào bị chết phụ thuộc vào giá trị năng lượng được hấp thụ. Người ta đưa ra giả thuyết tâm nhạy và còn gọi là thuyết bia (Target Theory). Các “phân tử chủ chốt” nằm ở tâm nhạy của tế bào. Ở đó tập trung mọi sự điều phối chức năng quan trọng nhất của tế bào, trong đó có chức năng sinh sản. Nếu tâm nhạy bị hư hại thì tế bào chết. “Phân tử chủ chốt” nhất là DNA. Nếu số lớn các phân tử DNA của tế bào bị tổn thương, khả năng sinh sản của tế bào bị ảnh hưởng [22].

Một trong những chức năng quan trọng của tế bào là chức năng sinh sản. Đó là khả năng phân chia tế bào để tạo ra các tế bào mới cho thế hệ sau. Khả năng đó có thể bị mất tạm thời hoặc vĩnh viễn dưới tác dụng của bức xạ ion hóa.

Các tế bào của sinh vật Eukaryote trải qua nhiều giai đoạn nối tiếp nhau và kết thúc bằng sự phân chia tạo ra tế bào mới. Tồn bộ q trình từ tế bào đến tế bào thế hệ kế tiếp được gọi là chu trình tế bào, gồm 4 giai đoạn: M, G1, S, G2 (Hình 1.1).

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

Hình 1.1. Chu kỳ tế bào với các quá trình (kỳ) nguyên phân [22]. - M (mitosis): Phân bào nguyên phân.

- Giai đoạn G1 (Gap): Tổng hợp các chất chuẩn bị cho nhân đôi DNA. Giai đoạn này kéo dài từ sau khi tế bào phân chia đến bắt đầu sao chép vật chất di truyền. Sự tích luỹ vật chất nội bào đến một lúc nào đó đạt điểm hạn định (restriction) thì tế bào bắt đầu tổng hợp DNA.

- Giai đoạn S (synthesis) là giai đoạn tổng hợp DNA. Cuối giai đoạn này, số luợng DNA tăng gấp đôi và chuyển sang giai đoạn G2.

- Giai đoạn G2 là giai đoạn tổng hợp các chất chuẩn bị cho phân bào, giao đoạn này được nối tiếp sau S đến bắt đầu phân chia tế bào. Trong suốt giai đoạn này số lượng DNA gấp đôi cho đến khi tế bào phân chia.

Khoảng thời gian gồm G1, S, G2 tế bào không phân chia và được gọi chung là gian kỳ hay kỳ trung gian (interphase). Chính ở kỳ trung gian này, tế bào thực hiện các hoạt động sống chủ yếu khác và sao chép bộ máy di truyền.

Tế bào ở các giai đoạn G<small>1</small>, khởi đầu của giai đoạn S, giai đoạn G<small>2</small> và M rất mẫn cảm với phóng xạ và có độ mẫn cảm phóng xạ giống nhau. Ở cuối giai đoạn S và giai đoạn G<small>0</small> độ mẫn cảm phóng xạ của tế bào kém hơn, có khi kém đến mười lần [20].

Có hai biểu hiện tổn thương chức năng sinh sản:

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

- Sự phân bào bị chậm trễ: Thường chỉ là tạm thời (chỉ mấy chục giờ) xuất hiện khi liều hấp thụ khoảng vài chục mili Gray. Nguyên nhân là giai đoạn G<small>2</small> bị ách tắc và giai đoạn S bị kéo dài do quá trình tổng hợp DNA bị suy giảm.

- Tế bào chết: Với liều từ 1 – 2 Gy người ta đã quan sát thấy lúc đầu quá trình phân chia tế bào bị chậm trễ rồi sau đó tế bào bị mất khả năng phân chia, tế bào sẽ chết hoặc tạm dừng quá trình sinh sản. Sự mất khả năng phân chia tế bào có thể xảy ra ở ngay tế bào bị chiếu xạ hoặc ở 1, 2 thế hệ sau (Hình 1.2) [22].

Trong sinh học phóng xạ, người ta thường tiến hành thực nghiệm với các môi trường nuôi cấy nấm, vi sinh vật hoặc tế bào đơn lẻ (in vitro) hoặc trên các cơ thể sinh vật sống (in vivo).

Kỹ thuật in vitro được Luck tiến hành đầu tiên. Nuôi cấy các vi sinh vật

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

trong môi trường đặc ở hộp petri rồi chiếu xạ với các liều khác nhau. Sau đó chuyển các khuẩn lạc sống sót sang mơi trường lỏng thích hợp để thu được các vi sinh vật riêng lẻ. Nuôi cấy lại vào môi trường đặc trong hộp petri khác và đếm số lượng khuẩn lạc mới ở hộp petri này. Từ đó ta có thể tính được số lượng vi sinh vật sống sót sau khi chiếu các liều khác nhau (Hình 1.3).

Hình 1.3. Tỷ lệ sống sót biểu diễn trên trục tọa độ nửa lôgarit [22].

Người ta quan niệm mỗi cú đánh là một sự ion hóa. Nếu cú đánh trúng vào tâm nhạy và năng lượng hấp thụ đủ lớn sẽ gây ra cú “đột tử” (mort d’emblé). Ở tế bào lưỡng bội, đa bội có nhiều tâm nhạy với liều thấp phần nằm ngang kéo dài hơn do ít có cú đột tử. Đột tử ở loại tế bào này chỉ xảy ra khi tất cả các tâm nhạy đều bị tiêu diệt. Nếu các tâm nhạy không nhận đủ năng lượng hoặc không phải tất cả các tâm nhạy đều bị đánh trúng thì tế bào ở vào tình trạng “ngắc ngoải” (sublétale). Tình trạng ngắc ngoải tồn tại một thời gian rồi tế bào sẽ chết hoặc được phục hồi lại trong những điều kiện nhất định [22].

Từ lý thuyết bia ta hiểu là tương tác giữa bức xạ và tế bào xảy ra theo quy luật xác suất của các hiện tượng ngẫu nhiên đối với số đông. Xác suất đó tỷ lệ thuận với liều chiếu, mật độ và loại tế bào.

Giá trị LET của bức xạ cũng ảnh hưởng đến hiệu ứng oxy và trực tiếp ảnh hưởng đến độ mẫn cảm phóng xạ. Người ta thấy với những bức xạ có giá trị LET yếu của các photon năng lượng được chuyển giao dọc theo quỹ đạo của chúng thấp nên khả năng đánh chết tâm nhạy rất hạn chế. Với những bức xạ có LET cao (các hạt), năng lượng hấp thụ rất lớn, dọc theo quỹ đạo của chúng có

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

nhiều ion được tạo ra cho nên khi xuyên qua tế bào chúng dễ tương tác với tất cả các tâm nhạy và tế bào chết dễ dàng giống như nó chỉ có một tâm nhạy. Từ đó có khái niệm hệ số chất lượng bức xạ (QF). Giá trị các liều lượng có thể khơng tương đồng với hiệu ứng sinh học của chùm bức xạ. Hiệu ứng sinh học phụ thuộc trước hết vào số lượng các ion được tạo ra trong tổ chức mà bức xạ đi qua. Có cùng một giá trị năng lượng nhưng mật độ ion hóa của bức xạ α lớn hơn bức xạ β nên tác dụng sinh học chùm α lớn hơn β. Hệ số QF phụ thuộc trước hết đến giá trị LET đó.

Giá trị QF được đo bằng tỷ số liều hấp thụ một chùm bức xạ nào đó có một giá trị LET xác định chia cho liều hấp thụ của bức xạ X có giá trị LET là 3,5 KeV/µm ở trong nước (Bảng 1.1 và Bảng 1.2).

Bảng 1.2. Mối tương quan giữa giá trị QF và LET của bức xạ [22].

Bảng 1.3. Mối tương quan giữa giá trị QF và loại bức xạ ion hóa [22].

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

Neutron có năng lượng

Hình 1.4. Sự phụ thuộc tỷ lệ sống sót của tế bào vào liều chiếu xạ. Đường 1 tương ứng với tỷ lệ sống sót của tế bào khi chiếu xạ một lần với liều chiếu D, đường 2 tương ứng với tỷ lệ sống sót của tế bào khi chia D thành hai liều nhỏ

cách nhau 10 giờ [16].

Đồ thị 1 thu được khi chiếu một lần với liều D. Đồ thị 2 thu được khi chia D làm hai liều nhỏ cách nhau 10 giờ. Người ta cho rằng đã có sự hồi phục ở thời gian cách quãng giữa hai lần chiếu của các tế bào bị “cú ngắc ngoải”.

Nếu cũng liều D được chiếu liên tục nhưng suất liều chiếu yếu hơn (thời gian chiếu kéo dài hơn) thì kết quả cũng sẽ khác. Nếu tốc độ rất yếu, khả năng

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

hồi phục của các tâm nhạy đã bị “ngắc ngoải” nhanh hơn, khả năng đánh trúng tiếp của bức xạ nhỏ hơn, nên số lượng tế bào chết sẽ ít hơn.

Như vậy hiển nhiên suất liều có ảnh hưởng đến hiệu ứng diệt bào của bức xạ. Suất liều càng nhỏ đồng thời thời gian cách quãng giữa các lần chiếu càng dài thì hiệu ứng càng bé.

Hình 1.5 cho thấy ảnh hưởng của suất liều đến độ mẫn cảm phóng xạ. Đồ thị A thu được khi chiếu với suất liều cao nhất, đồ thị C thu được khi chiếu với suất liều thấp nhất.

Hình 1.5. Ảnh hưởng của suất liều đối với độ mẫn cảm phóng xạ của tế bào. Tỷ lệ sống sót của tế bào ở suất liều cao nhất (đường A), tỷ lệ sống sót của tế bào ở

suất liều thấp nhất (đường C), tỷ lệ sống sót của tế bào ở suất liều nằm trong khoảng cao nhất và thấp nhất (đường B) [22].

Ngoài những yếu tố khách quan đó (liều lượng, suất liều, giá trị LET, nồng độ oxy, nhiệt độ, cách chiếu, và thời gian cách quãng) một yếu tố quan trọng nữa ảnh hưởng đến hiệu ứng diệt bào là giai đoạn sinh trưởng của tế bào. Nhìn chung trong một tập hợp nhiều tế bào, các tế bào không ở cùng một giai đoạn sinh trưởng như nhau cho nên độ mẫn cảm phóng xạ của chúng cũng khác nhau.

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

Thực nghiệm cho thấy hiệu ứng sinh học của bức xạ ion hóa tùy thuộc khơng những vào loại tế bào mà còn phụ thuộc vào việc bức xạ tác dụng vào giai đoạn nào của quá trình phân bào.

1.3. Tổng quan về hợp chất tự nhiên có tác dụng chống oxy hóa

Sự thối hóa của tế bào là nguyên nhân chính gây nên các bệnh tật trong cơ thể con người. Bệnh ung thư cũng có liên quan đến sự thối hóa của tế bào, các tế bào ác tính nói chung hoạt động hơn tế bào bình thường trong việc tạo ra các hợp chất chứa liên kết đơn O−O. Các bệnh tật này là kết quả của sự tạo ra quá nhiều tác nhân oxy phản ứng hay oxy hoạt (Reactive Oxygen Species−ROS) trong các hoạt động trao đổi chất của tế bào mà một trong những nguyên nhân do bức xạ ion hóa gây lên, dẫn đến sự hư tổn tế bào bao gồm peroxy hóa lipid, tổn thương DNA dẫn đến sai lệch thơng tin di truyền, q trình oxy hóa protein, làm mất hoạt tính enzyme và cuối cùng có thể dẫn đến chết tế bào [1]. Cơ thể động vật hay con người thường lưu giữ các hợp chất có tính chống oxy hóa cao như gluthathione, vitamin E, AA. Khi hàm lượng các chất chống oxy hóa trong cơ thể giảm xuống sẽ làm tăng nguy cơ các tế bào bị oxy hóa và biến đổi do tác nhân oxy hoạt (ROS). Tuy nhiên, những ảnh hưởng bất lợi của ROS có thể được ngăn ngừa bằng cách bổ sung chế độ ăn giàu thực phẩm có chứa chất chống oxy hóa (các loại đậu, rau và trái cây tươi) và các vitamin có lợi cho sức khỏe con người [3, 27]. Các chất chống oxy hóa tự nhiên như các hợp chất polyphenol có khả năng loại bỏ gốc tự do, ngăn chặn quá trình oxy hóa rất hiệu quả và thường có trong các sản phẩm tự nhiên như chè xanh hoặc các loại hoa quả có vị chua. Trong nghiên cứu này, AA đã được sử dụng cùng với EC và EGCG như các chất chống oxy hoá tự nhiên để đánh giá khả năng bảo vệ của nó đối với bức xạ gamma (LET thấp) và chùm ion helium (LET cao).

1.3.1. Sự oxy hóa, chất chống oxy hóa, các phương pháp xác định hoạt tính chống oxy hóa

1.3.1.1. Sự oxy hóa

Trong phản ứng vơ cơ, chất cho một electron để trở thành ion dương gọi là chất bị oxy hóa hay chất khử. Chất nhận thêm một electron để trở thành ion âm gọi

</div>