I ricercatori della Texas A&M University, della Rice University e dell’MD Anderson Cancer Center dell’Università del Texas hanno testato questo metodo utilizzando colture di laboratorio di cellule di melanoma umano e topi con melanoma.
Hanno scoperto che i martelli pneumatici molecolari avevano un’efficienza del 99% nell’uccidere le cellule tumorali in vitro e che il 50% dei topi trattati con questo metodo era guarito dal cancro. Questo sviluppo è il primo nel suo genere e offre un’alternativa molto più sicura ed efficace agli attuali trattamenti contro il cancro.
Questo studio è stato pubblicato su Nature Chemistry.
“La stimolazione delle modalità vibroniche nelle membrane cellulari funziona attivando le molecole di aminocianina (MJH), che possono facilmente aderire all’esterno delle cellule grazie alla loro carica positiva, opposta al doppio strato fosfolipidico della cellula”, spiegano i ricercatori.
“Una volta attaccato, MJH viene attivato esponendo queste molecole alla frequenza o all’energia della luce infrarossa invisibile (IR), leggermente inferiore all’energia della luce rossa visibile. Poiché la radiazione rossa ha l’energia più bassa nello spettro visibile , qualsiasi luce al di sotto del rosso è invisibile e questa banda o intervallo di frequenze è chiamata vicino infrarosso (NIR)”, aggiungono. “Quando attivati con NIR, gli elettroni all’interno di MJH creano plasmoni, un’eccitazione dell’intera molecola che provoca vibrazioni a una velocità estremamente rapida. Spinti dalla radiazione NIR, gli MJH colpiscono come se martellassero continuamente la superficie della cellula. Questi colpi di martello collettivi degli MJH sono abbastanza forti da rompere o incrinare la membrana della cellula creando uno scompenso sufficiente a distruggerla“.
Secondo il Dottor Jorge Seminario, Professore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica Artie McFerrin della Texas A&M University, uno dei vantaggi fondamentali di questo approccio teorico è che può prevedere, dalla teoria dei principi primi, come si comporterà l’MJH in un test sperimentale. Questa conoscenza precedente è preziosa, poiché rende la tecnica più efficace in termini di costi e tempo, evitando esperimenti rischiosi e costosi basati su tentativi ed errori.
Inoltre, la probabilità che le cellule tumorali sviluppino una resistenza a queste forze meccaniche molecolari è estremamente bassa, rendendo questi martelli pneumatici molecolari un metodo alternativo più sicuro per indurre la morte delle cellule tumorali.
“Dal punto di vista medico, quando questa tecnica sarà disponibile, sarà vantaggiosa e meno costosa rispetto a metodi come la terapia fototermica, la fotodinamica, la radioradioterapia e la chemioterapia“, ha affermato Seminario.
I ricercatori vorrebbero continuare a testare e migliorare questa tecnica in modo che i professionisti medici possano eventualmente utilizzarla per curare i pazienti affetti da cancro. La vasta gamma di possibili strutture molecolari apre la strada alla loro personalizzazione e al loro utilizzo per combattere il cancro.
Spiegano gli autori:
“Attraverso l’attivazione di modalità vibroniche nelle aminocianine associate alla membrana cellulare, utilizzando la luce del vicino infrarosso, è possibile sfruttare un tipo distinto di azione meccanica molecolare per uccidere rapidamente le cellule mediante necrosi. L’azione vibronica (VDA) è distinta sia dalla terapia fotodinamica che dalla terapia fototermica poiché il suo effetto meccanico sulla membrana cellulare non viene annullato dagli inibitori delle specie reattive dell’ossigeno e non induce l’uccisione termica. Inoltre, è stata ottenuta un’efficacia del 50% nei modelli murini di melanoma. Le molecole che distruggono le membrane cellulari attraverso il VDA sono state chiamate martelli pneumatici molecolari perché subiscono vibrazioni concertate dell’intera molecola. Dato che è improbabile che una cellula sviluppi resistenza a tali forze meccaniche molecolari, i martelli pneumatici molecolari rappresentano una modalità alternativa per indurre la morte delle cellule tumorali.
Astratto grafico Credito Nature.
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“Questo è uno dei pochissimi approcci teorico-sperimentali di questo tipo; solitamente, la ricerca nei campi legati alla medicina non utilizza tecniche di chimica quantistica a principi primi come quelle utilizzate nel presente lavoro“, ha detto Seminario.
I collaboratori della ricerca includono il Dr. Diego Galvez-Aranda del dipartimento di ingegneria chimica della Texas A&M, Drs. Ciceron Ayala-Orozco e James M. Tour della Rice University e Arnoldo Corona, Roberto Rangel e Jeffrey N. Myers dell’UT-MD Anderson Cancer Center.
Di Michelle Revels, Texas A&M University College of Engineering.
Fonte:Nature Chemistry
