Naukowcy z Rice University odkryli nowy sposób niszczenia komórek nowotworowych poprzez wykorzystanie zdolności niektórych cząsteczek do silnych wibracji pod wpływem światła. Hit zespołu The Beach Boys “Good Vibrations” nabiera dzięki temu zupełnie nowego znaczenia – szczegóły opisano w czasopiśmie Nature Chemistry.
Czytaj też: Najgroźniejsze nowotwory na świecie
Prof. James Tour z Rice University mówi:
To zupełnie nowa generacja maszyn molekularnych, które nazywamy molekularnymi młotami pneumatycznymi. W swoim ruchu mechanicznym są ponad milion razy szybsze niż poprzednie silniki Feringa i można je aktywować za pomocą światła bliskiej podczerwieni, a nie światła widzialnego.
Rak rozrywany na strzępy
Naukowcy odkryli, że atomy aminocyjaniny – barwnika stosowanego w obrazowaniu medycznym – mogą wibrować pod wpływem stymulacji światłem bliskiej podczerwieni. Będąc w ruchu, elektrony wewnątrz cząsteczek tworzą tzw. plazmony – kolektywnie wibrujące jednostki – które powodują pękanie błon komórek nowotworowych, a więc i niszczenie całych zmienionych tkanek. To pierwszy raz, gdy wykorzystano światło bliskie podczerwieni do wytworzenia plazmonów.
Czytaj też: Guzy zniknęły całkowicie już po miesiącu! Immunoterapia CAR-T niszczy nowotwory, na które nie ma leku
Dr Ciceron Ayala-Orozco z Rice University wyjaśnia:
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.
Wibrujące cząsteczki aminocyjaniny to przykład maszyn molekularnych, czyli cząsteczek lub układów cząsteczek zdolnych do wykonywania quasi-mechanicznego ruchu (znacznej zmiany geometrii) w odpowiedzi na konkretny bodziec zewnętrzny. Termin ten oznacza, że cząsteczki naśladują funkcję maszyn działających w świecie makroskopowym. Za badania nad maszynami molekularnymi prof. Bernard Feringa został w 2016 r. uhonorowany Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii.
Występują dwie kategorie maszyn molekularnych: naturalne (np. białka motoryczne, takie jak dyneiny, kinezyny, kompleksy aktyny z miozyną) oraz syntetyczne (silniki molekularne). Maszyny molekularne są stymulowane np. przez bodźce chemiczne lub termiczne. Ale w przeciwieństwie do znanych maszyn molekularnych,
molekularne młoty pneumatyczne wykorzystują całkiem inny – i niespotykany dotąd – mechanizm działania.
Udowodniono, że sposobu działania cząsteczek nie można sklasyfikować ani jako formy terapii fotodynamicznej, ani fototermicznej. Wykorzystanie światła bliskiej podczerwieni do pobudzenia cząsteczek aminocyjaniny jest ważne, bo pozwala wniknąć głębiej w tkankę i niszczyć komórki nowotworowe w małoinwazyjny sposób, bez konieczności przeprowadzania operacji.
Powstające plazmony mają ramię po jednej stronie, które pomaga im łączyć się z błonami komórkowymi, a ruch wibracji rozbija je na kawałki. Przeprowadzone badania są na wczesnym etapie, ale wstępne wyniki są bardzo obiecujące. Metoda ta wykazała 99-procentową skuteczność w stosunku do laboratoryjnych hodowli ludzkich komórek czerniaka, a połowa żywych myszy z nowotworami stała się wolna od choroby po przeprowadzonym leczeniu.
Prof. James Tour dodaje:
Światło bliskiej podczerwieni może wnikać w ludzkie ciało nawet na głębokość 10 cm, w porównaniu z głębokością penetracji światła widzialnego wynoszącą zaledwie 0,5 cm, której używaliśmy do aktywacji nanowierteł. To ogromny postęp.
Taka terapia może okazać się antynowotworowym strzałem w dziesiątkę, bo jest mało prawdopodobne, że komórki rakowe wykształcą przed nią jakąś ochronę z prostego powodu. Nie bazuje na związkach chemicznych, a prostym zjawisku biomechanicznym. Uczeni już rozglądają się za innymi cząsteczkami, podobnymi do aminocyjaniny, które można wykorzystać w podobny sposób.