Oamenii de știință de la Universitatea Rice au descoperit o nouă metodă de distrugere a celulelor canceroase folosind vibrații moleculare. Tehnica, denumită „ciocane moleculare”, utilizează lumina în infraroșu apropiat pentru a stimula molecule mici de colorant, provocând ruperea membranelor celulelor canceroase cu o rată de succes de 99 % în culturile de laborator. Această cercetare revoluționară, care implică colaborări între mai multe instituții, reprezintă un progres semnificativ în terapia cancerului.
Descoperirea se concentrează asupra moleculelor de aminocianină, o clasă de coloranți sintetici utilizați în mod obișnuit în scopuri imagistice. Atunci când sunt expuse la lumină în infraroșu apropiat, aceste molecule prezintă un comportament unic: vibrează sincronizat, formând ceea ce se numește plasmoni - electroni care vibrează și induc o acțiune mecanică în întreaga moleculă.
Această mișcare mecanică face ca moleculele să acționeze ca niște ciocane pneumatice, perturbând membranele celulelor canceroase și conducând, în cele din urmă, la distrugerea lor.
James Tour, chimist la Universitatea Rice, a explicat că această nouă generație de mașini moleculare funcționează la o viteză de peste un milion de ori mai mare decât instrumentele anterioare de distrugere a cancerului, precum motoarele moleculare de tip Feringa.
Spre deosebire de predecesoarele lor, aceste ciocane moleculare sunt activate de lumina în infraroșu apropiat, ceea ce prezintă avantaje semnificative. Lumina în infraroșu apropiat pătrunde mult mai adânc în țesuturi - până la 10 centimetri - în comparație cu lumina vizibilă, care poate pătrunde doar aproximativ o jumătate de centimetru. Această penetrare mai profundă permite tratarea cancerelor localizate în oase și organe fără intervenții chirurgicale invazive.
Descoperirea în această abordare constă în combinația dintre proprietățile chimice și structurale ale moleculelor de aminocianină, care le permit să rămână sincronizate atunci când sunt expuse la tipul potrivit de lumină.
Odată activate, moleculele „ciocănesc” membranele celulelor canceroase, descompunându-le mecanic. Acest proces s-a dovedit a fi extrem de eficient atât în cazul celulelor canceroase cultivate în laborator, cât și în cazul modelelor animale. La șoarecii cu melanom, 50% dintre subiecți au scăpat de cancer după tratament.
Ceea ce diferențiază această abordare de tehnologiile anterioare este accentul său mecanic. În timp ce alte tratamente pentru cancer - cum ar fi terapiile fotodinamice sau fototermice - utilizează lumina pentru a produce căldură sau alte specii reactive pentru a distruge celulele canceroase, această metodă se bazează pe forțe fizice la nivel molecular.
Pe măsură ce moleculele vibrează ca răspuns la lumina în infraroșu apropiat, acestea generează suficientă forță pentru a rupe membranele celulelor canceroase, ceea ce face din aceasta o aplicație nouă a vibrațiilor moleculare în contextul tratamentului cancerului.
Foto: Freepik @Matan
Echipa a demonstrat că comportamentul moleculelor de aminocianină nu este tipic pentru tratamentele tradiționale și a identificat acest caz ca fiind primul în care plasmonii moleculari sunt valorificați pentru a crea mișcări mecanice cu scopul specific de a distruge celulele canceroase.
După cum a subliniat Ciceron Ayala-Orozco, cercetător principal în cadrul studiului, această descoperire deschide calea către o nouă abordare a terapiei împotriva cancerului.
Moleculele se atașează la bistratul lipidic al membranei celulelor canceroase, iar vibrațiile lor sincronizate provoacă daune structurale semnificative celulelor, ducând la ruperea lor.
Această cercetare reprezintă un salt major în tehnologia de tratare a cancerului, în special pentru că abordează mai multe limitări ale terapiilor existente. Abordarea cu ciocanul molecular are mai puține șanse de a întâmpina rezistență din partea celulelor canceroase, o problemă care afectează multe dintre metodele actuale de tratament, deoarece celulele canceroase se adaptează și evoluează pentru a se sustrage distrugerii.
În plus, utilizarea luminii în infraroșu apropiat oferă o alternativă neinvazivă la intervențiile chirurgicale care ar fi de obicei necesare pentru a ajunge la tumorile situate în profunzime.
Aplicațiile potențiale ale acestei tehnologii sunt vaste și promițătoare. Nu numai că ar putea fi utilizată pentru a ținti cancerele în locuri greu accesibile, dar moleculele în sine sunt deja biocompatibile și stabile în apă, ceea ce le face candidați ideali pentru viitoare aplicații clinice.
Deoarece moleculele au fost dezvoltate inițial în scopuri imagistice, utilizarea lor dublă atât în diagnostic, cât și în tratament ar putea simplifica gestionarea cancerului, permițând detectarea mai timpurie și distrugerea mai eficientă a celulelor canceroase.
În plus, echipa de cercetare analizează deja alte tipuri de molecule care ar putea fi adaptate pentru scopuri similare. Deși studiile inițiale s-au concentrat asupra moleculelor de aminocianină, principiile din spatele activării plasmonilor moleculari ar putea fi aplicate unei game mai largi de compuși. Acest lucru deschide ușa pentru noi inovații în tratamentul cancerului care se bazează pe forțe mecanice la scară moleculară.
Cercetarea beneficiază, de asemenea, de un amplu efort de colaborare, cu contribuții din partea oamenilor de știință de la Rice University, Texas A&M University și University of Texas Anderson Cancer Center. Fiecare instituție a adus expertiză specifică proiectului, de la analiza chimică a moleculelor la studiile in vivo privind cancerul efectuate pe șoareci. Această abordare multidisciplinară a asigurat că descoperirile au fost solide și bine susținute de date din diferite modele experimentale.
În rezumat, descoperirea ciocanelor moleculare reprezintă un progres revoluționar în lupta împotriva cancerului. Prin utilizarea luminii în infraroșu apropiat pentru a stimula vibrațiile moleculare, cercetătorii au creat o metodă nouă, neinvazivă, de a sparge membranele celulelor canceroase. Abordarea este foarte promițătoare, cu rate ridicate de succes în laborator și pe modele animale, și are potențialul de a revoluționa tratamentul cancerului în viitor.
Fiți la curent cu ultimele noutăți. Urmăriți DCMedical și pe Google News
Te-a ajutat acest articol?
Urmărește pagina de Facebook DCMedical și pagina de Instagram DCMedical Doza de Sănătate și accesează mai mult conținut util pentru sănătatea ta, prevenția și tratarea bolilor, măsuri de prim ajutor și sfaturi utile de la medici și pacienți.
