Молекулярные отбойные молотки разрывают раковые клетки

Новый метод может предложить гораздо более безопасную и эффективную альтернативу нынешним методам лечения рака.

Подобно тому, как отбойные молотки могут пробивать бетон, молекулярные отбойные молотки (MJH) представляют собой наноскопические машины, способные наносить настолько сильные удары, что они могут треснуть или разорвать клеточную мембрану, вызывая декомпенсацию и убивая клетку.

MJH активируются ближним инфракрасным (NIR) светом, который стимулирует синхронизированные делокализованные вибрации по всей клетке — механическое действие, которое можно использовать для быстрого уничтожения раковые клетки.

В новом исследовании, опубликованном в Природная химияИсследователи протестировали метод, используя лабораторные культуры клеток меланомы человека и мышей с опухолями меланомы. Они обнаружили, что эффективность молекулярных отбойных молотков в уничтожении раковых клеток in vitro составляет 99%, и что 50% мышей, обработанных этим методом, избавились от рака.

Стимуляция вибронных режимов в клеточных мембранах осуществляется путем активации молекул аминоцианина (MJH), которые могут легко прикрепляться к внешней стороне клеток благодаря своему положительному заряду, противоположному фосфолипидному бислою клетки.

После присоединения MJH активируется путем воздействия на эти молекулы невидимого инфракрасного света (ИК) с частотой или энергией, немного меньшей, чем энергия видимого красного света. Поскольку красное излучение имеет самую низкую энергию в видимом спектре, любой свет ниже красного невидим, и этот диапазон или диапазон частот называется ближним инфракрасным диапазоном (NIR).

При активации с помощью NIR электроны внутри MJH создают плазмоны — возбуждение всей молекулы, которое вызывает вибрации с чрезвычайно высокой скоростью. Под действием ближнего ИК-излучения MJH ударяются так, как будто они постоянно ударяют по поверхности клетки. Эти коллективные удары MJH достаточно сильны, чтобы разорвать или расколоть клеточную мембрану, создавая декомпенсацию, достаточную для ее разрушения.

«Одним из важнейших преимуществ этого теоретического подхода является то, что он может предсказать на основе теории первых принципов, как MJH поведет себя в экспериментальных испытаниях», — говорит Хорхе Семинарио, профессор кафедры химического машиностроения Техасского университета A&M.

Эти предыдущие знания ценны, поскольку делают метод более экономичным и эффективным по времени, избегая при этом рискованных и дорогостоящих экспериментов методом проб и ошибок.

Кроме того, вероятность того, что раковые клетки разовьют устойчивость к этим молекулярно-механическим силам, чрезвычайно низка, что делает эти молекулярные отбойные молотки более безопасным альтернативным методом индукции рака. гибель раковых клеток.

«С медицинской точки зрения, когда этот метод станет доступен, он будет выгоднее и дешевле, чем такие методы, как фототермическая терапия, фотодинамика, радиоизлучение и химиотерапия», — говорит Семинарио.

Исследователи хотели бы продолжить тестирование и усовершенствование этой методики, чтобы медицинские работники в конечном итоге могли использовать ее для лечения онкологических больных. Огромное количество возможных молекулярных структур открывает путь к их адаптации и использованию для борьбы с раком.

«Это один из очень немногих теоретико-экспериментальных подходов такого рода; обычно исследования в областях, связанных с медициной, не используют основные принципы квантовой химии, подобные тем, которые используются в настоящей работе, несмотря на то, что знание того, что делают электроны и ядра всех атомов в молекулах или материалах, представляющих интерес, дает огромную пользу». Семинарио говорит.

Дополнительные соавторы — из Техасского университета A&M, Университета Райса и Онкологического центра Андерсона UT-MD.

Источник: Мишель Ревелс для Техасский университет A&M