La vibración de moléculas enteras inducida por la luz puede romper la membrana de las células de melanoma.
El icónico sencillo de los Beach Boys, “Good Vibrations”, adquiere un significado completamente nuevo gracias a un descubrimiento reciente realizado por científicos y colaboradores de la Universidad Rice, que han descubierto una manera de destruir las células cancerosas utilizando la capacidad de algunas moléculas para vibrar fuertemente. cuando es estimulado por la luz.
Los investigadores descubrieron que los átomos de una pequeña molécula de tinte utilizada para imágenes médicas pueden vibrar al unísono -formando lo que se conoce como plasmón- cuando son estimulados por luz infrarroja cercana , provocando la ruptura de la membrana celular de las células cancerosas. Según el estudio publicado en Nature Chemistry, el método tuvo una eficacia del 99 por ciento contra cultivos de laboratorio de células de melanoma humano, y la mitad de los ratones con tumores de melanoma quedaron libres de cáncer después del tratamiento.
"Es toda una nueva generación de máquinas moleculares a las que llamamos martillos neumáticos moleculares", dijo el químico de Rice, James Tour , cuyo laboratorio ha utilizado anteriormente compuestos a nanoescala dotados de una cadena de átomos en forma de paleta activada por luz que gira continuamente en la misma dirección para perforar. la membrana externa de bacterias infecciosas , células cancerosas y hongos resistentes al tratamiento .
A diferencia de los taladros a nanoescala basados en los motores moleculares del premio Nobel Bernard Feringa , los martillos neumáticos moleculares emplean un mecanismo de acción completamente diferente y sin precedentes.
"Son más de un millón de veces más rápidos en su movimiento mecánico que los antiguos motores tipo Feringa, y pueden activarse con luz infrarroja cercana en lugar de luz visible", dijo Tour.
La luz infrarroja cercana puede penetrar mucho más profundamente en el cuerpo que la luz visible, accediendo a órganos o huesos sin dañar el tejido.
“La luz infrarroja cercana puede penetrar hasta 10 centímetros (~ 4 pulgadas) en el cuerpo humano, en comparación con sólo medio centímetro (~ 0,2 pulgadas), la profundidad de penetración de la luz visible, que utilizamos para activar los nanoperforadores. ”, dijo Tour, profesor de química de Rice en TT y WF Chao y profesor de ciencia de materiales y nanoingeniería. "Es un gran avance".
Los martillos neumáticos son moléculas de aminocianina, una clase de tintes sintéticos fluorescentes utilizados para imágenes médicas.
"Estas moléculas son tintes simples que la gente ha estado usando durante mucho tiempo", dijo Ciceron Ayala-Orozco, científico investigador de Rice y autor principal del estudio. “Son biocompatibles, estables en agua y muy buenos para adherirse al revestimiento externo graso de las células. Pero aunque se utilizaban para obtener imágenes, la gente no sabía cómo activarlos como plasmones”.
Ayala-Orozco inicialmente estudió plasmones como estudiante de doctorado en el grupo de investigación dirigido por Naomi Halas de Rice .
"Debido a su estructura y propiedades químicas, los núcleos de estas moléculas pueden oscilar sincronizadamente cuando se exponen al estímulo adecuado", dijo Ayala-Orozco. “Vi la necesidad de utilizar las propiedades de los plasmones como forma de tratamiento y me interesé en el enfoque mecánico del Dr. Tour para tratar las células cancerosas. Básicamente conecté los puntos.
“Los plasmones moleculares que identificamos tienen una estructura casi simétrica con un brazo en un lado. El brazo no contribuye al movimiento plasmónico, pero ayuda a anclar la molécula a la bicapa lipídica de la membrana celular”.
Los investigadores tuvieron que demostrar que el modo de acción de las moléculas no podía clasificarse ni como una forma de terapia fotodinámica ni fototérmica .
"Lo que hay que destacar es que hemos descubierto otra explicación de cómo pueden funcionar estas moléculas", dijo Ayala-Orozco. “Esta es la primera vez que se utiliza un plasmón molecular de esta manera para excitar toda la molécula y producir realmente una acción mecánica utilizada para lograr un objetivo particular, en este caso, desgarrar la membrana de las células cancerosas.
"Este estudio trata sobre una forma diferente de tratar el cáncer utilizando fuerzas mecánicas a escala molecular".
Investigadores de la Universidad Texas A&M, dirigidos por Jorge Seminario , químico cuántico y profesor de ingeniería química, realizaron un análisis de la teoría funcional de la densidad dependiente del tiempo sobre las características moleculares involucradas en el efecto del martillo neumático. Los estudios sobre el cáncer se realizaron en ratones en el Centro Oncológico MD Anderson de la Universidad de Texas en colaboración con el Dr. Jeffrey Myers , profesor y presidente del Departamento de Cirugía de Cabeza y Cuello y director de investigación traslacional de la División de Cirugía.
Nanorobotics, Ltd., el Discovery Institute y la Welch Foundation (C-2017-20190330) apoyaron la investigación.
por Silvia Cernea Clark - RICE UNIVERSITY
