Grupa badaczy odkryła nowy sposób niszczenia nowotworów. Wykorzystują do tego zdolności niektórych cząsteczek do bardzo silnych wibracji, gdy te są stymulowane światłem podczerwonym. Stymulacja ta powoduje synchronizację ich wibracji, co wystarczy do rozerwania błon komórek nowotworowych. Metoda ta wykazała 99-procentową skuteczność w stosunku do laboratoryjnych hodowli ludzkich komórek czerniaka.
Zespół naukowców z Rice University, Texas A&M University i University of Texas odkrył nowy sposób niszczenia komórek nowotworowych. Metoda polega na stymulacji cząsteczek aminocyjaniny światłem bliskiej podczerwieni, powodując zsynchronizowane wibracje, które niszczą błony komórkowe komórek nowotworowych.
Opis i rezultaty badań ukazały się na łamach pisma „Nature Chemistry” (DOI: 10.1038/s41557-023-01383-y).
Aminocyjanina to fluorescencyjny barwnik syntetyczny stosowany w obrazowaniu medycznym do wykrywania nowotworów. Jest stabilna w wodzie i dobrze przylega do zewnętrznej strony komórek. - To proste barwniki, których ludzie używają od dawna – mówi Ciceron Ayala-Orozco z Rice University, główny autor badania. - Są biokompatybilne, stabilne w wodzie i bardzo dobrze przyczepiają się do zewnętrznej, tłuszczowej wyściółki komórek. Ale chociaż używano ich do obrazowania, nie wiedzieliśmy do tej pory, jak aktywować je jako plazmony - dodaje.
- To zupełnie nowa generacja maszyn molekularnych, które nazywamy molekularnymi młotami pneumatycznymi – mówi chemik James Tour z Rice University. - W swoim ruchu mechanicznym są ponad milion razy szybsze niż poprzednie silniki typu Feringa i można je aktywować za pomocą światła bliskiej podczerwieni, a nie światła widzialnego – dodaje. Wspomniane silniki Feringa to wcześniej opracowany rodzaj maszyn molekularnych zabijających komórki nowotworowe poprzez rozbijanie ich struktury.
Wykorzystanie światła bliskiej podczerwieni jest niezwykle istotne. Umożliwia naukowcom wniknięcie głębiej w ciało. To oznacza, że można by prowadzić terapię nowotworów kości czy innych narządów bez konieczności operacji.
- Światło bliskiej podczerwieni może wnikać w ludzkie ciało nawet na głębokość 10 centymetrów, w porównaniu z głębokością penetracji światła widzialnego wynoszącą zaledwie pół centymetra - wskazuje Tour.
W testach na hodowanych w laboratorium komórkach nowotworowych metoda molekularnego młota pneumatycznego wykazała 99 proc. skuteczność w niszczeniu komórek nowotworowych. Podejście to przetestowano także na myszach z czerniakiem. Po terapii mniej więcej połowa zwierząt została wyleczona.
Struktura i właściwości cząsteczek aminocyjaniny powodują to, że pozostają one w synchronizacji z bodźcem, takim jak światło bliskiej podczerwieni. Będąc w ruchu, elektrony wewnątrz cząsteczek tworzą tak zwane plazmony, kolektywnie wibrujące jednostki, które napędzają ruch w całej cząsteczce.
- Ze względu na swoją strukturę i właściwości chemiczne, jądra tych cząsteczek mogą synchronicznie oscylować pod wpływem odpowiedniego bodźca. Wykorzystaliśmy to jako formę leczenia. Zidentyfikowane przez nas plazmony molekularne mają niemal symetryczną strukturę z wyraźnym „ramieniem” po jednej stronie. To „ramię” nie uczestniczy w ruchu plazmonicznym, ale pomaga zakotwiczyć cząsteczkę w lipidowej błonie komórkowej – wyjaśnia Ayala-Orozco.
- To pierwszy przypadek wykorzystania plazmonu molekularnego w ten sposób do pobudzenia całej cząsteczki i faktycznego wytworzenia działania mechanicznego służącego osiągnięciu określonego celu – w tym przypadku rozerwania błony komórek nowotworowych. To badanie dotyczy innego sposobu leczenia raka przy użyciu sił mechanicznych w skali molekularnej – podkreśla Ayala-Orozco.
Badania są jeszcze na wczesnym etapie, ale wstępne ustalenia są niezwykle obiecujące. Opracowana metoda jest rodzajem prostej, biomechanicznej techniki, przed którą komórkom nowotworowym trudno byłoby wykształcić jakąś blokadę. Naukowcy przyglądają się też innym typom cząsteczek, które można wykorzystać w podobny sposób.
Źródło: Rice University, Science Alert, fot. Wikimedia Commons/Dr. Cecil Fox
