211service.com
Broń nano dołącza do walki z rakiem
Wyobraź sobie, że jesteś leczony na raka z kilkoma wizytami u lekarza. Po prostu robi ci zastrzyk, a kilka tygodni później kieruje światło podczerwone na twoje ciało, aby aktywować środki uśmierzające raka i wyciąć guz. Brzmi jak powieść Raya Bradbury'ego? Nie mów tego Naomi Halas. Jest profesorem inżynierii elektrycznej i komputerowej Stanleya C. Moore'a oraz profesorem chemii na Rice University i więcej niż sobie tego wyobrażała - rozwija ten proces od 1997 roku, kiedy to wynalazła maleńkie cząsteczki o ogromnym potencjale terapeutycznym. Nazywa je nanoskorupami.
Nanoshells to mikroskopijne koncentryczne kule z rdzeniami krzemionkowymi i złotymi muszlami. Złoto daje Halas odpowiedź termiczną i optyczną, której wymaga jej proces leczenia, a organizm nie wytwarza przeciwko niemu przeciwciał. Zmieniając rozmiar rdzenia krzemionkowego i grubość złota, Halas odkryła, że może dostroić nanopowłoki do pochłaniania światła o różnych długościach fal. W leczeniu raka, mówi, podczerwień okazała się najlepsza, ponieważ najgłębiej przenika do organizmu.
W eksperymentach nanoskorupy są wstrzykiwane do krwiobiegu zwierzęcia, gdzie stosowane na nie środki celujące wyszukują i przyczepiają się do receptorów powierzchniowych komórek rakowych. Mówi, że oświetlenie światłem podczerwonym podnosi temperaturę komórek do 55 stopni Celsjusza i wypala guza.
Halas koncentruje swoje badania na raku piersi. Ma nadzieję, że nanoshelle okażą się realną alternatywą dla chemioterapii, która zabija zarówno zdrowe, jak i chore komórki, powodując skutki uboczne, takie jak zmęczenie i wypadanie włosów. Natomiast nanoshelle zabijają tylko komórki rakowe.
Nanoshells to tylko jedna z kilku intrygujących możliwości diagnozowania raka i leczenia, które umożliwia nanotechnologia. Miqin Zhang, materiałoznawca z University of Washington w Seattle, wykorzystuje własną markę nanocząstek do nieinwazyjnego diagnozowania i leczenia guzów mózgu. Swoje wytwory nazywa inteligentnymi superparamagnetycznymi koniugatami nanocząstek. Po wstrzyknięciu do krwiobiegu cząsteczki te atakują receptory komórek guza za pomocą środków znanych jako ligandy.
Nanocząsteczki Zhanga są wykonane z tlenku żelaza, który staje się szczególnie magnetyczny po umieszczeniu w polu magnetycznym, takim jak te używane do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego. Cząsteczki zatem wzmacniają sygnał emitowany przez guzy podczas MRI, ułatwiając ich zlokalizowanie na wcześniejszych etapach rozwoju. Ale nanocząsteczki muszą krążyć wystarczająco długo, aby zlokalizować komórki nowotworowe. Zhang odkrył we wczesnych próbach, że zostały szybko zaatakowane i zneutralizowane przez przeciwciała zwane mikrofagami. Zmodyfikowała je więc powłoką polimerową odporną na mikrofagi. Gdy nanocząsteczki znajdą guzy, uwalniają dołączony lek zwany metotreksatem, który zabija komórkę.
Nanocząstki, których średnica nie przekracza 20 nanometrów, muszą być oddzielone od siebie, aby spełniały swoje zadanie. Zagregowane nanocząsteczki stają się toksyczne dla zdrowej tkanki, wyjaśnia Zhang. Niewielki rozmiar cząsteczek i ich zdolność do przenikania do tkanki pozwalają im przejść przez tak zwaną barierę krew-mózg i dotrzeć do guzów mózgu. Zhang mówi, że jest to kluczowe, ponieważ 98% leków przeciwnowotworowych nie może tego zrobić.
Kombinacja uzupełniających substancji chemicznych Zhanga eliminuje potrzebę wykonywania biopsji w diagnostyce i operacjach w leczeniu oraz pomaga we wczesnym wykrywaniu raka. Ale według Mauro Ferrari, profesora inżynierii biomedycznej z Ohio State University i specjalisty w biomedycznych zastosowaniach nanotechnologii, praca Zhanga może również pomóc nam lepiej dostrzec anatomiczne kontury raka. A według Zhanga określenie konturów guza pozwala lekarzom ocenić, czy terapia przeciwnowotworowa jest skuteczna u ludzi, w ciągu kilku dni, a nie według obecnego standardu trzech miesięcy.
Badania Zhanga dostarczają nam również informacji na temat ekspresji molekularnej raka i jego ewolucji w czasie, dodaje Ferrari. Jak wyjaśnia, kluczowym problemem w badaniach nad rakiem jest to, że na różnych etapach rozwoju receptory komórek rakowych mają różną ekspresję molekularną; dlatego komórki rakowe we wczesnym stadium mogą z łatwością pobierać skuteczny lek; w przypadku komórek nowotworowych w późniejszym stadium wychwyt leku może nie być skuteczny. Jak mówi, badania Zhanga mogą pomóc nam w dostarczaniu właściwych leków właściwym ludziom we właściwym czasie.
Nanotechnologia dostarcza również nowych instrumentów do badania raka, potencjalnie dostarczając nowych informacji. Adam T. Woolley, adiunkt chemii i biochemii na Uniwersytecie Brighama Younga, stworzył metodę badania mutacji DNA w celu określenia genetycznej predyspozycji do rozwoju raka. Używa techniki zwanej mikroskopią sił atomowych (AFM), będącej odmianą starych gramofonów w nanoskali, ale z końcówką igły o średnicy zaledwie około 10 nanometrów. Woolley najpierw osadza cząsteczki DNA na krzemie lub mice, których powierzchnie są tak płaskie, że DNA wystaje ponad nie. Następnie, jak wyjaśnia, używa AFM do zbadania topografii DNA, aby zlokalizować w nim pozycje mutacji.
Jak mówi Woolley, różnica w wielkości między natywnymi i zmutowanymi sekwencjami DNA jest niezwykle mała – około jednej dziesiątej nanometra – co jest na granicy tego, co widzi AFM. Używa więc nanocząsteczek złota o wielkości około 10 nanometrów do oznaczenia pozycji mutacji – w ten sposób AFM może je łatwo zobaczyć. Badanie DNA na tym poziomie pozwala Woolleyowi określić, czy występuje podwójna mutacja, która może stanowić większe ryzyko raka genetycznego niż pojedyncza. Konwencjonalne techniki patrzenia na chromosomy nie mogą określić takich informacji. Praca Woolleya ma ogromny potencjał diagnostyczny, mówi Ferrari; Identyfikacja markerów genetycznych raka może pozwolić na zapobieganie, zanim uformuje się pierwsza komórka nowotworowa.
Ze względu na praktyczne implikacje w walce z rakiem, takie badania przyciągnęły uwagę szerokiej społeczności naukowej. Robert S. Langer, profesor inżynierii chemicznej i biomedycznej im. Kennetha J. Germeshausena na MIT, jest pod szczególnym wrażeniem nanoskorup Halasa. Są bardzo dobrym przykładem zastosowania materiałoznawstwa do ważnych problemów medycznych, mówi, i mają ogromny potencjał. Rick Kenyon, kierownik programu w programie badań nad rakiem piersi w Departamencie Obrony, finansuje badania Halasa, ponieważ, jak mówi, nanopowłoki pozwalają na wcześniejsze wykrywanie i wcześniejsze niszczenie komórek rakowych – na co dokładnie patrzy każdy w dziedzinie raka. dla.