Среда, 21 февраля, 2024
ДомойЗдоровьеУченые используют «хорошие вибрации» молекулярных отбойных молотков для уничтожения раковых клеток

Ученые используют «хорошие вибрации» молекулярных отбойных молотков для уничтожения раковых клеток

- Advertisement -

Ученые Университета Райса открыли революционный метод уничтожения раковых клеток с помощью молекулярных вибраций. Стимулируя небольшие молекулы красителя ближним инфракрасным светом, они вызывают разрыв мембран раковых клеток с вероятностью успеха 99 процентов в лабораторных культурах. Этот метод, получивший название «молекулярные отбойные молотки», предлагает новый, более быстрый подход к лечению рака, существенно отличающийся от существующих методов. Исследование, в котором участвуют несколько учреждений, знаменует собой значительный прогресс в области терапии рака.

Световая вибрация целых молекул может разрушить мембрану клеток меланомы.

Знаменитый хит-сингл The Beach Boys «Good Vibrations» приобретает совершенно новый смысл благодаря недавнему открытию ученых и сотрудников Университета Райса, которые открыли способ уничтожать раковые клетки, используя способность некоторых молекул сильно вибрировать. при стимуляции светом.

Исследователи обнаружили, что атомы небольшой молекулы красителя, используемого для медицинской визуализации, могут вибрировать в унисон – образуя так называемый плазмон – при стимуляции ближним инфракрасным светом, вызывая разрыв клеточной мембраны раковых клеток. Согласно исследованию, опубликованному в Природная химияметод имел 99-процентную эффективность против лабораторных культур клеток меланомы человека, и половина мышей с опухолями меланомы излечились от рака после лечения.

Цицерон Айала-Ороско — научный сотрудник лаборатории Тура Университета Райса и ведущий автор исследования. Фото: Джефф Фитлоу/Университет Райса.

Молекулярные отбойные молотки: новый подход к терапии рака

«Это совершенно новое поколение молекулярных машин, которые мы называем молекулярными отбойными молотками», — сказал химик по рисованию Джеймс Тур, чья лаборатория ранее использовала наномасштаб соединения, наделенные активируемой светом лопастной цепочкой атомов, которая постоянно вращается в одном и том же направлении, чтобы просверлить внешнюю мембрану инфекционные бактерии, раковые клеткии устойчивые к лечению грибы.

Структура молекулы аминоцианина (молекулярный отбойный молоток), наложенная поверх рассчитанного молекулярного плазмона по теории TD-DFT, с характерным симметричным телом и длинным «боковым плечом». Фото предоставлено Цицероном Айяла-Ороско/Университет Райса.

В отличие от наносверл, основанных на молекулярных двигателях нобелевского лауреата Бернарда Феринга, молекулярные отбойные молотки используют совершенно иной – и беспрецедентный – механизм действия.

«Они совершают механическое движение более чем в миллион раз быстрее, чем предыдущие двигатели типа Feringa, и их можно активировать с помощью ближнего инфракрасного света, а не видимого света», — сказал Тур.

Ближний инфракрасный свет может проникать в тело гораздо глубже, чем видимый свет, достигая органов или костей, не повреждая ткани.

«Ближний инфракрасный свет может проникать в человеческое тело на глубину до 10 сантиметров (~ 4 дюйма), в отличие от глубины проникновения видимого света всего на полсантиметра (~ 0,2 дюйма), которую мы использовали для активации наносверл. — сказал Тур, профессор химии Райс и В.Ф. Чао, а также профессор материаловедения и наноинженерии. «Это огромный прогресс».

Достижения в области молекулярных технологий и лечения рака

Отбойные молотки представляют собой молекулы аминоцианина, класса флуоресцентных синтетических красителей, используемых для медицинской визуализации.

«Эти молекулы представляют собой простые красители, которые люди используют в течение длительного времени», — сказал Цицерон Айала-Ороско, ученый-исследователь Райса и ведущий автор исследования. «Они биосовместимы, стабильны в воде и очень хорошо прикрепляются к жировой внешней оболочке клеток. Но даже несмотря на то, что их использовали для визуализации, люди не знали, как активировать их как плазмоны».

(а) Молекулярный отбойный молоток (синий) прикрепляется к липидному бислою раковой клетки. При стимуляции ближним инфракрасным светом он сильно вибрирует, вызывая разрыв клеточной мембраны. ( б ) Вход DAPI и окрашивание ядра клеток меланомы A375 с разрушенной мембраной, визуализированные с помощью флуоресцентной конфокальной микроскопии. Масштабная линейка = 25 мкм. (Изображение предоставлено Цицероном Айяла-Ороско/Университет Райса).

Аяла-Ороско первоначально изучала плазмоны, будучи докторантом в исследовательской группе, возглавляемой Наоми Халас из Райс.

«Благодаря своей структуре и химическим свойствам ядра этих молекул могут колебаться синхронно при воздействии правильного стимула», — сказал Аяла-Ороско. «Я увидел необходимость использовать свойства плазмонов как форму лечения, и меня заинтересовал механический подход доктора Тура к борьбе с раковыми клетками. Я в основном соединил точки.

«Молекулярные плазмоны, которые мы идентифицировали, имеют почти симметричную структуру с плечом на одной стороне. Рука не участвует в плазмонном движении, но помогает закрепить молекулу на липидном бислое клеточной мембраны».

Исследователям пришлось доказать, что способ действия молекул нельзя отнести ни к форме фотодинамической, ни к фототермической терапии.

Аяла-Ороско использует конфокальный микроскоп. Фото: Джефф Фитлоу/Университет Райса.

«Следует подчеркнуть, что мы нашли другое объяснение того, как могут работать эти молекулы», — сказал Аяла-Ороско. «Это первый случай, когда молекулярный плазмон используется таким образом для возбуждения всей молекулы и фактического производства механического действия, используемого для достижения определенной цели – в данном случае разрыва мембраны раковых клеток.

«Это исследование посвящено другому способу лечения рака с использованием механических сил на молекулярном уровне».

Исследователи из Техасского университета A&M во главе с Хорхе Семинарио, квантовым химиком и профессором химической инженерии, провели зависящий от времени анализ теории функционала плотности молекулярных особенностей, участвующих в эффекте отбойного молотка. Исследования рака проводились на мышах в Онкологическом центре имени доктора медицины Андерсона Техасского университета в сотрудничестве с доктором Джеффри Майерсом, профессором и заведующим кафедрой хирургии головы и шеи и директором по трансляционным исследованиям отделения хирургии.

Ссылка: «Молекулярные отбойные молотки уничтожают раковые клетки с помощью вибронного действия», Цицерон Айяла-Ороско, Диего Гальвес-Аранда, Арнольдо Корона, Хорхе М. Семинарио, Роберто Ранхель, Джеффри Н. Майерс и Джеймс М. Тур, 19 декабря 2023 г., Природная химия.
DOI: 10.1038/s41557-023-01383-y

Исследование поддержали компания Nanorobotics, Ltd., Институт Дискавери и Фонд Уэлча (C-2017-20190330).

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме