Учени може би са открили нов начин за унищожаване на ракови клетки, без в началния етап да се разчита на химиотерапия, хирургична намеса или лъчетерапия.
Методът е известен като molecular jackhammer – или молекулярен „къртач“ – и използва комбинация от светлина и добре позната в медицината молекула.
Техниката се основава на аминоцианинови молекули – синтетични багрила, които вече се използват широко в медицинската образна диагностика. Когато бъдат стимулирани с близка инфрачервена светлина, те започват да вибрират изключително бързо.
Вибрациите достигат около 40 трилиона трептения в секунда – скорост, достатъчна, за да разкъса физически мембраната на раковата клетка.
Според първите резултати процедурата може да унищожи ракови клетки в рамките на минути, при това дори при ниски дози.
Разработката се вписва в по-широката посока на съвременната онкология, където учените търсят все по-прецизни подходи – от активиране на имунната система срещу рак и наночастици, които атакуват ракови клетки, без да увреждат здравите, до РНК ваксини с траен Т-клетъчен имунитет.
Какво показват първите експерименти
Резултатите от първите експерименти с техниката на молекулярните „къртачи“ са публикувани в края на 2023 г. в Nature Chemistry. Зад изследването стои екип от Rice University, Texas A&M University и University of Texas.
В лабораторни култури експериментите показват 99% успеваемост при унищожаването на ракови клетки.
При миши модели на меланом половината от животните остават без признаци на рак.
Вибрационният механизъм работи чрез молекула, вградена в клетъчната мембрана. Когато бъде облъчена с близка инфрачервена светлина, тя започва да вибрира и нарушава целостта на мембраната. Източник: Ciceron Ayala-Orozco et al., Nature Chemistry, 2023.
Ново поколение молекулярни машини
След първоначалните резултати един от изследователите – химикът Джеймс Тур от Rice University – продължава да развива подхода заедно със свои колеги.
В края на 2024 г. екипът публикува последващо изследване в Advanced Science. В него учените описват различни варианти на молекулярни „къртачи“, които се разработват с идеята един ден да могат да се насочват по-прецизно към различни видове рак.
Важното тук не е само високият процент на успеваемост. Трябва да се подчертае, че досегашните резултати са получени в лабораторни условия и при животински модели. Пренасянето на подобна ефективност при хората обикновено е значително по-сложно.
Въпреки това учените виждат сериозен потенциал в подхода, защото той действа механично. Именно затова се предполага, че раковите клетки много по-трудно биха могли да развият резистентност към него.
„Това изследване предлага различен начин за лечение на рак – чрез механични сили на молекулярно ниво“, казва химикът Сисерон Аяла-Ороско от Rice University при публикуването на статията в Nature Chemistry.
Методът надгражда друг тип молекулярни машини, разработени по-рано за унищожаване на ракови клетки – т.нар. мотори от типа на Феринга, които също могат да разрушават структурите на проблемни клетки.
„Това е изцяло ново поколение молекулярни машини“, казва Тур през декември 2023 г.
„Те се движат механично повече от един милион пъти по-бързо от предишните мотори от типа на Феринга и могат да бъдат активирани с близка инфрачервена, а не с видима светлина.“
Структурата на аминоцианинова молекула – молекулярен „къртач“ – е наложена върху изчисления молекулярен плазмон. Източник: Ciceron Ayala-Orozco/Rice University.
Защо аминоцианиновите молекули са подходящи
Аминоцианиновите молекули вече се използват в биоизобразяването като синтетични багрила.
В ниски дози те се прилагат за откриване на рак, стабилни са във вода и имат способността да се прикрепват много добре към външната повърхност на клетките.
Предимството на близката инфрачервена светлина
Използването на близка инфрачервена светлина е особено важно, защото тя позволява на учените да достигат по-дълбоко в тялото. Това означава, че в бъдеще тумори в кости и органи потенциално биха могли да бъдат третирани без хирургична намеса за директен достъп до образуванието.
Структурата и химичните свойства на аминоцианиновите молекули им позволяват да реагират синхронно на правилния стимул – например на близка инфрачервена светлина. Когато се задвижат, електроните в тях образуват т.нар. плазмони – колективно вибриращи структури, които предават движението през цялата молекула.
„Това, което трябва да се подчертае, е, че открихме още едно обяснение за начина, по който тези молекули могат да действат“, казва Аяла-Ороско.
Как плазмоните превръщат молекулата в механичен инструмент
„За първи път молекулярен плазмон се използва по този начин – за да възбуди цялата молекула и да предизвика реално механично действие с конкретна цел. В този случай целта е разкъсване на мембраните на раковите клетки.“
Плазмоните имат своеобразно „рамо“ от едната страна, което помага на молекулите да се свържат с мембраните на раковите клетки. След това вибрациите започват да нарушават структурата на мембраната, докато тя се разкъса.
Изследването все още е в ранен етап, но първоначалните резултати са изключително обещаващи.
Какво знаем за безопасността
В най-новата си работа изследователите разглеждат и един от ключовите въпроси – потенциалната токсичност на тези молекули.
Те установяват, че при ниски дози неактивираните молекулярни „къртачи“ бързо се поемат и изчистват от нормалните клетки.
„Сравнително бързото изчистване на молекулярните къртачи от клетките, наблюдавано в това изследване, подсказва възможен механизъм за елиминирането им от организма“, пише екипът.
„Този механизъм на изчистване дава важна информация за потенциалния профил на безопасност на молекулярните къртачи при терапевтично приложение.“
Резултатите от първата проверка на концепцията са публикувани в Nature Chemistry, а най-новото изследване върху различните варианти на молекулярните „къртачи“ – в Advanced Science.
Източник: Science Alert; превод и редакция: Владимир Тодоров
Съдържанието на тази статия не замества професионален медицински съвет, диагноза или лечение. При въпроси, свързани със здравословно състояние, винаги се консултирайте с квалифициран медицински специалист.
