Эффективность стерилизации рентгеновским излучением сильно зависит от мощности дозы и среды бактерий

Радиационная стерилизация разрушает ДНК и клеточные структуры бактерий и микроорганизмов с помощью электромагнитных волн, обладающих гораздо большей энергией, чем ультрафиолетовое излучение. Эта технология стала незаменимой в стерилизации медицинских изделий (например, одноразовых шприцев, катетеров, искусственных суставов), фармацевтических препаратов (например, сырья, тканевых трансплантатов) и пищевых продуктов (например, для подавления прорастания картофеля).

Традиционно считалось, что эффективность радиационной стерилизации зависит исключительно от суммарной поглощённой дозы. Однако исследовательская группа под руководством профессора Мацумото и доцента Иваты из Университета Нагоя поставила это предположение под сомнение.

В исследовании, опубликованном в Scientific Reports, команда значительно варьировала мощность дозы рентгеновского излучения, сохраняя постоянной суммарную дозу, используя в качестве модельного организма Escherichia coli.

Результаты показали разительные различия в зависимости от питательной среды бактерий:

• В бедной питательными веществами среде длительное облучение с низкой мощностью дозы (т.е. низкоинтенсивными рентгеновскими лучами) было более эффективным, чем кратковременное облучение с высокой мощностью дозы.
• В богатой питательными веществами среде, напротив, кратковременное облучение с высокой мощностью дозы обеспечило более чем в 10 раз более высокую эффективность стерилизации по сравнению с длительным облучением с низкой мощностью дозы.

Эти результаты были проанализированы с помощью стохастических дифференциальных уравнений — передового математического инструмента, что позволило количественно понять механизмы повреждения радиацией бактериальных и клеточных структур.

Исследование не только закладывает научную основу для оптимизации протоколов стерилизации и дезинфекции с помощью излучения, но и предлагает новую концепцию для разработки стратегий облучения, способных селективно уничтожать быстро пролиферирующие патологические клетки (например, раковые), минимизируя повреждение здоровых тканей. Эти идеи открывают большие перспективы для разработки более безопасной, эффективной и удобной для пациентов лучевой терапии с использованием рентгеновских лучей и протонных пучков.