ارتعاش کل مولکول ناشی از نور می تواند غشای سلول های ملانوما را پاره کند
تک آهنگ معروف Beach Boys به نام «ارتعاشات خوب» به لطف کشف اخیر دانشمندان و همکاران دانشگاه رایس، که راهی برای از بین بردن سلول‌های سرطانی با استفاده از توانایی برخی مولکول‌ها برای ارتعاش قوی کشف کرده‌اند، لایه‌ای کاملاً جدید از معنای پیدا می‌کند. هنگامی که توسط نور تحریک می شود.
محققان دریافتند که اتم‌های یک مولکول رنگ کوچک که برای تصویربرداری پزشکی استفاده می‌شود، می‌توانند به صورت هماهنگ ارتعاش کنند و وقتی توسط نور مادون قرمز تحریک می‌شوند، چیزی به نام پلاسمون را تشکیل می‌دهند و باعث پارگی غشای سلولی سلول‌های سرطانی می‌شوند. بر اساس مطالعه منتشر شده در Nature Chemistry، این روش 99 درصد کارایی را در برابر کشت‌های آزمایشگاهی سلول‌های ملانوم انسانی داشت و نیمی از موش‌های مبتلا به تومور ملانوما پس از درمان بدون سرطان شدند.
جیمز تور، شیمیدان رایس، جیمز تور، که آزمایشگاهش قبلاً از ترکیبات نانومقیاس مجهز به زنجیره ای از اتم های پارویی فعال شده با نور استفاده کرده است، گفت: «این یک نسل کاملاً جدید از ماشین های مولکولی است که ما آنها را چکش مولکولی می نامیم. غشای خارجی باکتری‌های عفونی، سلول‌های سرطانی و قارچ‌های مقاوم به درمان.
برخلاف مته‌های نانومقیاس مبتنی بر موتورهای مولکولی برنارد فرینگا برنده جایزه نوبل، چکش‌های مولکولی از مکانیسم عمل کاملاً متفاوت و بی‌سابقه‌ای استفاده می‌کنند.
تور گفت: “آنها در حرکت مکانیکی خود بیش از یک میلیون برابر سریعتر از موتورهای نوع فرینگا هستند و می توان آنها را با نور مادون قرمز نزدیک به جای نور مرئی فعال کرد.”
نور مادون قرمز نزدیک می تواند بسیار عمیق تر از نور مرئی به بدن نفوذ کند و بدون آسیب رساندن به بافت به اندام ها یا استخوان ها دسترسی پیدا کند.
نور مادون قرمز نزدیک می تواند تا عمق 10 سانتی متر (~ 4 اینچ) به بدن انسان برود در حالی که تنها نیم سانتی متر (~ 0.2 اینچ) عمق نفوذ نور مرئی است که ما از آن برای فعال کردن نانو مته ها استفاده کردیم. تور، استاد شیمی رایس T. T. و W. F. Chao و استاد علم مواد و مهندسی نانو گفت. “این یک پیشرفت بزرگ است.”
چکش‌ها مولکول‌های آمینوسیانین هستند، دسته‌ای از رنگ‌های مصنوعی فلورسنت که برای تصویربرداری پزشکی استفاده می‌شوند.
سیسرون آیالا-اورزکو، دانشمند تحقیقات برنج که نویسنده اصلی این مطالعه است، گفت: «این مولکول‌ها رنگ‌های ساده‌ای هستند که مردم برای مدت طولانی از آنها استفاده می‌کردند. آنها زیست سازگار هستند، در آب پایدار هستند و در چسبیدن خود به پوشش خارجی چربی سلول ها بسیار خوب هستند. اما با وجود اینکه از آنها برای تصویربرداری استفاده می شد، مردم نمی دانستند چگونه آنها را به عنوان پلاسمون فعال کنند.
Ayala-Orozco در ابتدا پلاسمون ها را به عنوان دانشجوی دکترا در گروه تحقیقاتی به رهبری نائومی هالاس رایس مطالعه کرد.
Ayala-Orozco گفت: «به دلیل ساختار و خواص شیمیایی، هسته‌های این مولکول‌ها وقتی در معرض محرک مناسب قرار می‌گیرند، می‌توانند همزمان نوسان کنند. من نیاز به استفاده از خواص پلاسمون ها را به عنوان نوعی درمان دیدم و به رویکرد مکانیکی دکتر تور برای مقابله با سلول های سرطانی علاقه مند شدم. من اساساً نقاط را به هم وصل کردم.
پلاسمون‌های مولکولی که ما شناسایی کردیم دارای ساختاری تقریباً متقارن با بازویی در یک طرف هستند. بازو به حرکت پلاسمونیک کمک نمی کند، اما به لنگر انداختن مولکول به لایه دوتایی لیپیدی غشای سلولی کمک می کند.
محققان باید ثابت می‌کردند که نحوه عملکرد مولکول‌ها را نمی‌توان به‌عنوان شکلی از درمان فوتودینامیک یا فتوترمال دسته‌بندی کرد.
Ayala-Orozco گفت: “آنچه باید برجسته شود این است که ما توضیح دیگری برای نحوه عملکرد این مولکول ها کشف کرده ایم.” این اولین باری است که از یک پلاسمون مولکولی به این روش برای تحریک کل مولکول و در واقع برای تولید عمل مکانیکی مورد استفاده برای دستیابی به یک هدف خاص استفاده می شود – در این مورد، پاره کردن غشای سلول های سرطانی.
این مطالعه در مورد روشی متفاوت برای درمان سرطان با استفاده از نیروهای مکانیکی در مقیاس مولکولی است.
محققان دانشگاه A&M تگزاس به سرپرستی خورخه سمیناریو، شیمیدان کوانتومی و استاد مهندسی شیمی، تجزیه و تحلیل تئوری تابعی چگالی وابسته به زمان را بر روی ویژگی‌های مولکولی درگیر در اثر چکش‌کاری انجام دادند. مطالعات سرطان بر روی موش‌ها در مرکز سرطان اندرسون MD دانشگاه تگزاس با همکاری دکتر جفری مایرز، استاد و رئیس بخش جراحی سر و گردن و مدیر تحقیقات ترجمه برای بخش جراحی انجام شد.
Nanorobotics، Ltd.، مؤسسه Discovery و بنیاد Welch (C-2017-20190330) از این تحقیق حمایت کردند.
