La radiothérapie endommage l'ADN des cellules par :
- des effets physiques extrêmement rapides, directement liés aux rayonnements ionisants,
- des effets physico-chimiques plus lents, liés à l'irradiation des molécules d'eau qui s'accompagne de la formation de radicaux libres, hautement réactifs.
Les effets « directs » des rayonnements seraient responsables de la moitié des dommages les plus sévères (cassures double brin et simple brin), pouvant conduire à la mort de la cellule tumorale. D'autres altérations de l'ADN (pontages, lésions des bases, etc.) empêchent la cellule de se diviser, causant sa mort en différé. Les cellules tumorales qui se divisent davantage que les cellules saines sont, pour cette raison, davantage radiosensibles.
Afin de mieux identifier les mécanismes directs d'endommagement de l'ADN, des chercheurs du Cimap ont étudié l'irradiation par rayons X et ions carbone (~ 1 MeV) de brins d'ADN isolés. Comme l'ADN est généralement chargé négativement dans les systèmes biologiques, ils ont travaillé sur des brins d'ADN « déprotonés », chargés deux fois négativement, en phase gazeuse et en l'absence d'eau.
Après avoir identifié les produits ioniques par spectrométrie de masse, ils ont constaté avec surprise que le processus dominant est l'émission secondaire de plusieurs électrons de basse énergie cinétique, et non pas celle d'un unique électron de haute énergie (photo-ionisation simple). Des expériences complémentaires d'irradiation par laser à impulsion femtoseconde confirment que les fragments proviennent bien de l'éjection de plusieurs électrons de valence de la molécule d'ADN.
Ces électrons de basse énergie ont une faible profondeur de pénétration et peuvent à leur tour irradier l'ADN adjacent en causant de nouvelles cassures simple et double brins dans leur proche environnement. Les dommages secondaires sont ainsi plus nombreux et plus localisés qu'on ne le pensait.
Ces travaux du Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique (Caen) ont été réalisés en collaboration avec les Universités de Groningen (Pays-Bas) et Potsdam (Allemagne).