Las oscilaciones de moléculas enteras inducidas por la luz pueden destruir las membranas celulares del melanoma
El icónico éxito de los Beach Boys, "Good Vibrations", adquiere un nivel completamente nuevo de significado gracias a un descubrimiento reciente realizado por científicos de la Universidad Rice en Houston, EE. UU.: han descubierto una manera de destruir las células cancerosas aprovechando la capacidad de algunas moléculas. para crecer vibran fuertemente cuando son estimulados por la luz.
Los investigadores descubrieron que los átomos de una pequeña molécula de tinte utilizada para la obtención de imágenes médicas pueden vibrar al unísono y formar el llamado plasmón cuando son estimulados por luz en el rango del infrarrojo cercano. Esto hace que la membrana de las células cancerosas se rompa. Según el estudio publicado en Nature Chemistry, el método tuvo una eficacia del 99 por ciento en 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.
"Se trata de una generación completamente nueva de máquinas moleculares que llamamos martillos neumáticos moleculares", explica el químico profesor James Tour. Su laboratorio ha utilizado previamente compuestos a nanoescala equipados con una cadena de átomos en forma de paleta activada por luz. Este 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 profesor Bernard Feringa, ganador del Premio Nobel, los martillos neumáticos moleculares utilizan un mecanismo de acción completamente diferente y sin precedentes.
"Su movimiento mecánico es más de un millón de veces más rápido que el de los anteriores motores tipo Feringa y pueden activarse utilizando 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, llegando a órganos o huesos sin dañar el tejido.
"La luz infrarroja cercana puede penetrar hasta 10 centímetros de profundidad en el cuerpo humano, en comparación con sólo medio centímetro, la profundidad de penetración de la luz visible, que utilizamos para activar los nanotaladros", explicó Tour, profesor de TT y WF Chao de Química y Catedrático de Ciencia de Materiales y Nanoingeniería. "Es un gran paso adelante".
Los martillos neumáticos son moléculas de aminocianina, una clase de tintes sintéticos fluorescentes utilizados en imágenes médicas.
"Estas moléculas son tintes simples que la gente ha estado usando durante mucho tiempo", dijo el autor principal, el Dr. Cicerón Ayala-Orozco. “Son biocompatibles, estables en agua y pueden adherirse muy bien a la capa grasa externa de las células. Pero aunque se utilizaron para obtener imágenes, la gente no sabía cómo activarlos como plasmones”.
Ayala-Orozco estudió por primera vez los plasmones como estudiante de posgrado en el grupo de investigación de la Prof. Naomi Halas, física y nanoingeniera de la Universidad Rice.
"Debido a su estructura y propiedades químicas, los núcleos de estas moléculas pueden oscilar sincrónicamente 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 Dr. El enfoque mecánico de 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 sí 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 puede asignarse ni a la terapia fotodinámica ni a la fototérmica.
"Lo que es importante destacar es que encontramos una explicación diferente 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 desencadenar una acción mecánica diseñada para lograr un objetivo específico: en este caso, romper la membrana de las células cancerosas. "Este estudio trata sobre una forma diferente de tratar el cáncer utilizando fuerzas mecánicas a nivel 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 de las características moleculares involucradas en el efecto 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 del Departamento de Cirugía.
Nanorobotics, Ltd., el Discovery Institute y la Welch Foundation (C-2017-20190330) apoyaron la investigación.
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