Metoda „molekulární sbíječky“ zničila v laboratoři 99 procent rakovinných buněk

Týmu se povedlo využít propojení fyzikálního působení tzv. blízkého infračerveného světla (sousedícího ve spektru elektromagnetických vln těsně s červeným světlem viditelným) s vibračními vlastnostmi chemické sloučeniny zvané aminokyanin.

Jistá vlnová délka infračerveného světla totiž působí na vibrační stavy molekul aminokyaninu a pomocí této cílené infračervené aktivace je možné jich využít jako „molekulární sbíječky“. Výzkum byl publikován v prosinci v časopise Nature Chemistry a zprávu o něm přinesl server Science Alert.

Jak však toto fyzikálně-chemické propojení souvisí s léčbou rakoviny? A proč je důležitý právě aminokyanin a jak jej lze využít ke zničení rakovinných buněk?

Sloučenina aminokyanin se velmi dobře přichycuje k membránám, které tvoří stěny rakovinných buněk, navíc zůstává stabilní ve vodě. Molekuly aminokyaninu se tak běžně používají k označování rakovinných buněk - jde o speciální syntetické biobarvivo, které výrazně září při vystavení infračervenému světlu.

V nízkých dávkách proto aminokyanin slouží k detekci rakoviny, tedy k barevnému označení míst, kde se rakovinné buňky vyskytují.

Pokud koncentraci aminokyaninu dostatečně zvýšíme a zároveň patřičně zvýšíme intenzitu infračerveného světla, stane se z původně pasivního značkovacího nástroje aktivní molekulární stroj, který je schopen poškodit rakovinné buňky mechanickým způsobem - v podstatě jako „molekulární sbíječka“.

Infračerveným zářením vybuzené vibrace molekul přichycených k membránám rakovinných buněk vedou velmi rychle k destrukci těchto membrán. V praxi jde o několik minut působení infračerveného světla.

Podle vědců je nový přístup výrazným zlepšením proti jinému druhu dříve vyvinutého a viditelným světlem poháněného molekulárního stroje, který nese podle svého vynálezce název „Feringův motor“. Nizozemský profesor Ben Feringa tento stroj popsal v roce 1999.

„Nyní jde o zcela novou generaci molekulárních strojů, kterým říkáme molekulární sbíječky,“ uvedl chemik James Tour z Rice University. „Molekulární sbíječky jsou po mechanické stránce více než milionkrát rychlejší než dřívější Feringovy motory. Mohou být navíc aktivovány blízkým infračerveným světlem místo světla viditelného.“

Použití blízkého infračerveného světla je důležité, protože mj. umožňuje vědcům proniknout hlouběji do těla. I rakovina kostí a orgánů by tak mohla být potenciálně léčena pouhým intenzivním ozářením místa nasyceného aminokyaninovým biobarvivem - bez nutnosti invazivního chirurgického zákroku.

V testech vykonaných na uměle kultivovaných, v laboratoři pěstovaných rakovinných buňkách dosáhla metoda molekulární sbíječky 99procentní úspěšnosti při zničení buněk. Stejný přístup byl také testován na myších se skutečnými melanomovými nádory - a díky tomu byla asi polovina zvířat zbavena rakoviny.

Struktura a chemické vlastnosti molekul aminokyaninu umožňují jejich rezonanci (silné kmitání se stejnou frekvencí) se správnou vlnovou délkou působícího infračerveného světla. Při této aktivaci elektrony uvnitř molekul tvoří tzv. plazmony, což jsou kvantově mechanické vibrační útvary, které koordinují pohyb celé molekuly. Tento intenzivní pohyb se navíc přenáší na těsně připojené membrány rakovinných buněk.

„Je to poprvé, kdy je molekulární plazmon tímto způsobem využit k vybuzení celé molekuly a ke skutečnému vyvolání mechanického působení, použitelného pro dosažení konkrétního cíle: v tomto případě pro roztržení membrány rakovinných buněk,“ prohlásil chemik Ciceron Ayala-Orozco z Rice University.

Proti této světelně-vibrační metodě, tj. destruktivním mechanickým silám působícím v molekulárním měřítku, se rakovinné buňky mohou bránit jen těžko. Proto odborníci zkoumají i další typy molekul, které lze použít podobným způsobem.

Metoda molekulární sbíječky by tak mohla znamenat skutečný převrat v oblasti léčby rakoviny.