Kvantna fizika pomaže u uništavanju stanica karcinoma
Smrt stanica raka pokreće se u roku od tri dana kada rendgenske zrake obasjaju tkivo tumora koje sadrži nanočestice koje nose jod. Jod oslobađa elektrone koji razbijaju DNA tumora, što dovodi do stanične smrti. To su otkrića znanstvenika s Instituta za integrirane znanosti o staničnim materijalima Sveučilišta Kyoto i kolega iz Japana i SAD-a objavljena su u časopisu Scientific Reports.
"Izlaganje metala svjetlosti dovodi do oslobađanja elektrona, fenomena koji se naziva fotoelektrični efekt. Objašnjenje ovog fenomena od strane Alberta Einsteina 1905. navijestilo je rođenje kvantne fizike. Naše istraživanje pruža dokaze koji sugeriraju da je moguće reproducirati ovaj učinak unutar stanica raka", kaže molekularni biolog Fuyuhiko Tamanoi, koji je vodio istraživanje.
Na slici: Kada X-zrake ozrače tkivo tumora koji sadrži nanočestice koje nose jod, jod oslobađa elektrone koji razbijaju DNA i ubijaju stanice raka.
Dugogodišnji problem terapije raka zračenjem jest taj što nije učinkovito u središtu tumora gdje su razine kisika niske zbog nedostatka krvnih žila koje duboko prodiru u tkivo. Rendgenskom zračenju potreban je kisik da bi se stvorio reaktivni kisik koji oštećuje DNA kada zrake udaraju u molekule unutar stanice.
Tamanoi, zajedno s Kotarom Matsumotom i kolegama, pokušao je prevladati ovaj problem pronalazeći izravnije načine za oštećenje DNA raka. U ranijim radovima pokazali su da nanočestice napunjene gadolinijem mogu ubiti stanice karcinoma kada se ozrače s 50,25 kiloelektronvolta (keV) sinhrotronskih rendgenskih zraka.
U trenutnoj su studiji dizajnirali porozne nanočestice organosilike koje nose jod. Jod je jeftiniji od gadolinija i oslobađa elektrone na nižim razinama energije. Istraživači su raspršili svoje nanočestice kroz tumorske sferoide, 3D tkivo koje sadrži više stanica raka. Zračenje sferoida tijekom 30 minuta rendgenskim zrakama od 33,2 keV dovelo je do njihovog potpunog uništenja u roku od tri dana. Sustavnom promjenom razine energije uspjeli su pokazati da se optimalni učinak razaranja tumora događa s rendgenskom zrakom od 33,2 keV.
"Naše istraživanje predstavlja važan primjer primjene fenomena kvantne fizike unutar stanice raka", kaže Matsumoto. "Čini se da se oblak niskoenergijskih elektrona generira blizu DNA, što uzrokuje dvostruke pukotine koje je teško popraviti, što na kraju dovodi do programirane stanične smrti."
Izvor: Scientific Reports