Ученые: квантовая физика помогает в борьбе с раковыми клетками
Исследователи нашли способ улучшить лучевую терапию рака с помощью новых наночастиц йода.
Ученые Института комплексных исследований клеточных материалов (iCeMS) при Киотском университете и их коллеги из Японии и США провели исследование, в ходе которого выяснили, что смерть раковых клеток наступает в течение трех дней, когда рентгеновские лучи попадают на опухолевую ткань, которая содержит наночастицы с йодом. Йод высвобождает электроны, которые разрушают ДНК опухоли и к гибели клеток.
Результаты работы ученых были опубликованы в журнале Scientific Reports.
«Воздействие света на металл приводит к высвобождению электронов — явлению, получившее название фотоэлектрический эффект. Объяснение этого явления Альбертом Эйнштейном в 1905 году ознаменовало рождение квантовой физики», — заявил молекулярный биолог iCeMS Фуюхико Таманой, руководитель данного исследования.
Таманой отметил, что доказательства, полученные учеными во время исследования, позволяют предположить, что данный эффект можно воспроизвести внутри раковых клеток.
Известно, что одна из давних проблем лучевой терапии рака — это ее неэффективность в очагах опухолей, где уровень кислорода низкий из-за отсутствия кровеносных сосудов, которые глубоко проникают в ткани. Для рентгеновского облучения кислород важен для генерации реактивного кислорода, который повреждает структуру ДНК, в то время, когда лучи попадают в молекулы внутри клетки.
Таманой совместно с Котаро Мацумото и его коллегами пытались решить эту проблему и найти новые способы, позволяющие разрушить ДНК рака. Ранее они уже выяснили, что наночастицы с гадолинием могут уничтожать раковые клетки при облучении рентгеновским излучением, которое генерируется синхротроном, в 50,25 килоэлектронвольт.
Однако в новом исследовании они решили испробовать йодсодержащие кремнийорганические наночастицы. По их словам, йод дешевле гадолиния и высвобождает электроны с более низким уровнем энергии.
Ученые использовали опухолевые сфероиды (трехмерная ткань, которая содержит множество раковых клеток) для размещения йодсодержащих кремнийорганических наночастиц. Затем сфероиды подверглись облучению рентгеновскими лучами 33,2 кэВ в течение 30 минут. После этого ученые увидели, что раковые клетки погибли в течение трех дней.
По словам ученых, наиболее оптимальный эффект разрушения опухоли можно достигнуть при помощи рентгеновского излучения 33,2 кэВ. Во время облучения йод высвобождает электроны, которые затем вызывают двухцепочечные разрывы в ядерной ДНК раковых клеток, приближая их гибель.
Мацумомто отметил, что это исследование показывает, как можно использовать феномен квантовой физики внутри раковой клетки.
Ученые намерены продолжить свою работу, чтобы больше узнать о том, как электроны высвобождаются из атомов йода во время воздействия рентгеновских лучей.
Ученые Института комплексных исследований клеточных материалов (iCeMS) при Киотском университете и их коллеги из Японии и США провели исследование, в ходе которого выяснили, что смерть раковых клеток наступает в течение трех дней, когда рентгеновские лучи попадают на опухолевую ткань, которая содержит наночастицы с йодом. Йод высвобождает электроны, которые разрушают ДНК опухоли и к гибели клеток.
Результаты работы ученых были опубликованы в журнале Scientific Reports.
«Воздействие света на металл приводит к высвобождению электронов — явлению, получившее название фотоэлектрический эффект. Объяснение этого явления Альбертом Эйнштейном в 1905 году ознаменовало рождение квантовой физики», — заявил молекулярный биолог iCeMS Фуюхико Таманой, руководитель данного исследования.
Таманой отметил, что доказательства, полученные учеными во время исследования, позволяют предположить, что данный эффект можно воспроизвести внутри раковых клеток.
Известно, что одна из давних проблем лучевой терапии рака — это ее неэффективность в очагах опухолей, где уровень кислорода низкий из-за отсутствия кровеносных сосудов, которые глубоко проникают в ткани. Для рентгеновского облучения кислород важен для генерации реактивного кислорода, который повреждает структуру ДНК, в то время, когда лучи попадают в молекулы внутри клетки.
Таманой совместно с Котаро Мацумото и его коллегами пытались решить эту проблему и найти новые способы, позволяющие разрушить ДНК рака. Ранее они уже выяснили, что наночастицы с гадолинием могут уничтожать раковые клетки при облучении рентгеновским излучением, которое генерируется синхротроном, в 50,25 килоэлектронвольт.
Однако в новом исследовании они решили испробовать йодсодержащие кремнийорганические наночастицы. По их словам, йод дешевле гадолиния и высвобождает электроны с более низким уровнем энергии.
Ученые использовали опухолевые сфероиды (трехмерная ткань, которая содержит множество раковых клеток) для размещения йодсодержащих кремнийорганических наночастиц. Затем сфероиды подверглись облучению рентгеновскими лучами 33,2 кэВ в течение 30 минут. После этого ученые увидели, что раковые клетки погибли в течение трех дней.
По словам ученых, наиболее оптимальный эффект разрушения опухоли можно достигнуть при помощи рентгеновского излучения 33,2 кэВ. Во время облучения йод высвобождает электроны, которые затем вызывают двухцепочечные разрывы в ядерной ДНК раковых клеток, приближая их гибель.
Мацумомто отметил, что это исследование показывает, как можно использовать феномен квантовой физики внутри раковой клетки.
Ученые намерены продолжить свою работу, чтобы больше узнать о том, как электроны высвобождаются из атомов йода во время воздействия рентгеновских лучей.
Комментарии 0