Ученые, возможно, нашли способ уничтожать раковые клетки без первоначального применения химиотерапии, операции или лучевой терапии.
Метод получил название «молекулярный отбойный молоток». Его идея звучит почти фантастически просто: использовать свет и уже хорошо известную в медицине молекулу.
В основе подхода лежат молекулы аминоцианина — синтетические красители, которые уже широко применяются в медицинской визуализации. Их стимулируют ближним инфракрасным светом, после чего молекулы начинают вибрировать синхронно с огромной скоростью — около 40 триллионов колебаний в секунду.
Эти движения настолько быстрые, что способны физически разрывать мембрану раковой клетки.
В первых экспериментах метод уничтожал раковые клетки за несколько минут даже при низких дозах. Результаты были опубликованы в конце 2023 года в Nature Chemistry командой из Университета Райса, Texas A&M и Техасского университета.
В лабораторных культурах техника показала 99-процентный успех в уничтожении раковых клеток. В опытах на мышиных моделях меланомы половина животных стала свободна от рака.
После этого один из исследователей, химик Джеймс Тур из Университета Райса, продолжил развивать подход вместе с коллегами. В конце 2024 года команда опубликовала продолжение работы в Advanced Science, где описала разные варианты «молекулярных отбойных молотков». Это может открыть путь к более точному воздействию на разные типы рака.
Главная надежда здесь не только в высоком проценте уничтоженных клеток. Пока все результаты получены в лаборатории и на животных моделях, а перенести такой же эффект на людей не всегда просто. Но ученые считают важным другое: это механический способ атаки, поэтому раковым клеткам, вероятно, будет сложнее выработать к нему устойчивость.
По словам химика Сисерона Айалы-Ороско из Университета Райса, речь идет о другом способе лечения рака — с помощью механических сил на молекулярном уровне.
Этот подход стал развитием более ранней идеи молекулярных машин, способных разрушать структуры проблемных клеток. Но новая версия работает гораздо быстрее. Джеймс Тур называл ее новым поколением молекулярных машин: их механическое движение более чем в миллион раз быстрее, чем у прежних моторов типа Феринги, а активировать их можно ближним инфракрасным светом, а не видимым.
Это важно, потому что ближний инфракрасный свет способен проникать глубже в тело. В перспективе это может позволить воздействовать на опухоли в костях и органах без необходимости хирургически добираться до них.
Сами молекулы аминоцианина уже применяются в биовизуализации как синтетические красители. В низких дозах их используют для обнаружения рака. Они стабильны в воде и хорошо прикрепляются к внешней стороне клеток.
Когда такие молекулы получают нужный стимул, например ближний инфракрасный свет, их электроны формируют плазмоны — коллективно вибрирующие структуры, которые запускают движение всей молекулы.
Ученые отмечают, что впервые молекулярный плазмон использовали таким образом: чтобы возбудить всю молекулу и добиться конкретного механического действия — разрыва мембраны раковой клетки.
У плазмонов есть структура, которая помогает молекуле закрепляться на мембране раковой клетки. Затем быстрые вибрации начинают буквально рвать эту мембрану.
Исследование все еще находится на ранней стадии, но первые результаты выглядят многообещающими.
В последней работе ученые также рассмотрели вопрос возможной токсичности этих молекул. Они обнаружили, что низкие дозы неактивированных «молекулярных отбойных молотков» быстро захватываются нормальными клетками и выводятся из них.
По словам исследователей, такое относительно быстрое очищение клеток от молекулярных «молотков» может указывать на возможный путь их выведения из организма. Это дает важные данные для оценки потенциальной безопасности метода в терапевтическом применении.
Первые результаты проверки концепции были опубликованы в Nature Chemistry, а новая работа о разных вариантах «молекулярных отбойных молотков» — в Advanced Science.
