近日，美国国家标准与技术研究院（NIST）开发了一种新的测量技术，可以快速且准确地评估由电离辐射（如X射线和伽马射线）引起的DNA损伤。这种实时检测方法可以增强医生定制癌症治疗方案的能力，并提高急救人员在放射性紧急情况下提供个性化护理的能力。这项技术未来可能像智能手机一样便携，有望实现更快、更准确的辐射暴露测量，并在紧急救护的情况下挽救患者的生命。
NIST的科学家开发的这种新的DNA损伤测量技术，可以使DNA通过称为纳米孔的微小开口来检测辐射损伤，其速度和准确性都远超现有方法。它可以改善癌症的放射治疗，并在放射紧急情况下为个人提供更加个性化的护理。
“借助纳米孔传感技术，我们不仅仅是在测量辐射损伤；我们正在改写我们能够多快以及多有效地应对癌症护理和紧急情况的规则，”NIST物理科学家Joseph Robertson说。
该研究现已成功完成概念验证阶段，并在实验室中使用试管中精心制备的DNA进行了演示。未来的计划包括开发该技术的便携式版本，并利用从生物细胞和组织中提取的样本DNA进行辐射损伤测量。
目前用于测量辐射生物效应的方法速度缓慢，且在医疗和紧急情况下常常无法及时提供结果。为了评估暴露于辐射中个体的辐射损伤程度，专业医疗人员一般会采集血液样本，并计算死细胞的数量（这个过程至少需要两天），或者从样本中培养细胞以检测染色体异常（至少需要三天）。
目前现有技术的测量范围有限，无法测量超过约5格雷的剂量，而这一剂量远低于个人在重大放射性事件中可能受到的辐射剂量。戈瑞（Gy）是一个单位，用来表示每千克质量吸收的辐射能量的单位。
这项发表在《Analytical Chemistry》期刊上的新技术，特别适用于测量2Gy至10Gy之间的辐射剂量——这是人类辐射暴露的一个关键范围，需要立即进行医疗护理。该技术不需要2~3天的“漫长等待”，它可以在几分钟内就产生测量结果，并且其准确性远高于目前传统的测量方法。
该方法利用了电离辐射（例如X射线和伽马射线）会将DNA分解成较小片段这一特点。
为了展示这种新方法，研究人员使用了受辐射损伤的DNA样本。他们将DNA片段穿过一个纳米孔，纳米孔中同时会有电流流过。穿过纳米孔的DNA分子会扰乱电流，导致电流中断。通过监测这些变化，研究人员可以测量通过纳米孔的DNA片段的数量并确定它们的长度。这些信息使研究人员能够准确计算影响DNA的有效辐射剂量。
在提升癌症治疗效果的探索中，实时监测辐射暴露是至关重要的。
“辐射剂量不足可能无法摧毁癌细胞，而剂量过多则可能损伤健康组织，”Robertson说。“实时监测辐射暴露的能力意味着医生可以及时调整治疗方案，以确保在疗程中使用了有效且安全的剂量。”
这项技术还可以实时监控肿瘤对辐射的反应情况，从而实现对治疗方案的个性化调整。通过直接测量癌细胞中的DNA损伤，医生可以记录每次治疗的效果，从而更精确地为每位患者量身定制治疗方案。
在放射性紧急事件中，如核事故或放射性中毒，快速评估辐射暴露的能力至关重要。传统方法可能需要数天时间，但借助这项新技术，急救人员可以在几分钟内获得实时数据。
“这将使医疗团队能够迅速为风险最高的人群优先提供护理服务，”Robertson说。
美国国家标准与技术研究院（NIST）的这一突破可能会改变对辐射紧急情况的响应方式，并通过确保个人尽快获得适当的护理来帮助挽救生命。
这项技术的一个关键优势在于其潜在的便携性。美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员正在与行业合作伙伴合作开发一种设备，该设备可以像智能手机一样小巧且价格实惠，使其能够在医院、紧急响应场景甚至野外环境中都可以轻松使用。在未来几年，研究人员希望与商业实体合作，制造出一台原型设备。
这项技术不仅标志着人类对测量DNA损伤方面的重大突破，而且兑现了NIST始终致力于通过创新科学的成果来增强公众健康和安全的承诺。
“这项研究不仅仅是一次技术飞跃，可以说它重塑了一条生命线，“Robertson说。“通过使辐射测量能力变得更加精准且易于获取，我们正在努力确保始终可以提供这种触手可及的帮助。”（DOI：10.1021/acs.analchem.5c03303）
