Vedci vytvorili nanomateriál, ktorý sa aktivuje priamo v nádore. Spustí chemickú reakciu, ktorá zničí rakovinové bunky
Vedci vyvinuli nanomateriál, ktorý sa aktivuje priamo v nádore. Využíva kyslé prostredie rakovinových buniek a pomocou chemickej reakcie vytvára reaktívne molekuly kyslíka, ktoré nádor ničia zvnútra.
Výskum rakoviny sa dnes čoraz viac orientuje na presné zásahy priamo v nádore. Vedci sa snažia vyvinúť metódy, ktoré zasiahnu choré bunky a zároveň ušetria zdravé tkanivá. Tím z Oregon State University teraz predstavil nový nanomateriál, ktorý využíva chemické prostredie rakovinových buniek proti nim samotným.
Materiál spustí v nádore sériu chemických reakcií, ktoré vytvoria vysoko reaktívne molekuly kyslíka. Tie poškodia bunkové štruktúry rakoviny a bunka následne zanikne. Výsledky výskumu publikoval vedecký časopis Advanced Functional Materials.
Rakovina má inú chémiu než zdravé bunky
Rakovinové bunky sa správajú odlišne než zdravé tkanivá. V ich okolí panuje kyslejšie prostredie a zároveň obsahujú vyššie množstvo peroxidu vodíka.
Autori štúdie, Oleh a Olena Taratula, práve túto kombináciu využili. Navrhli materiál, ktorý zostane stabilný v normálnych tkanivách, no aktivuje sa priamo v nádore.
Metóda patrí do oblasti nazývanej chemodynamická terapia (CDT). Tá využíva chemické reakcie priamo v nádore na tvorbu tzv. reaktívnych foriem kyslíka. Tieto molekuly majú veľmi nestabilnú štruktúru a okamžite reagujú s okolím.
Neprehliadni
Reaktívne molekuly kyslíka poškodia tuky, bielkoviny aj DNA v bunke. Tento proces vyvolá silný oxidačný stres, ktorý bunku postupne zničí.
Nanomateriál ako „Trójsky kôň“
Zaujímavé je, že nový materiál funguje podobne ako Trójsky kôň. Do tela vstúpi ako stabilná a relatívne neškodná konštrukcia. Keď sa však dostane do kyslého prostredia nádoru, začne sa riadene rozkladať a uvoľňovať ióny železa.
Tie okamžite reagujú s peroxidom vodíka, ktorý sa v nádorových bunkách nachádza vo zvýšenom množstve. Tento proces je známy ako Fentonova reakcia.
Výsledkom je prudká tvorba reaktívnych molekúl kyslíka. Rakovinová bunka tak v podstate využije vlastné chemické prostredie na svoju deštrukciu.
Materiál, ktorý vedci vyvinuli, patrí do triedy Metal-Organic Frameworks (MOF). MOF si môžeme predstaviť ako mikroskopické molekulárne lešenie alebo klietku. Atómy kovu, v tomto prípade železa, sú prepojené organickými molekulami a vytvoria veľmi poréznu štruktúru.
Táto konštrukcia obsahuje obrovské množstvo mikroskopických pórov. Vďaka tomu má materiál veľmi veľký povrch. Na tomto povrchu môže prebiehať naraz veľké množstvo chemických reakcií. Práve to robí MOF výrazne účinnejším než staršie nanočastice.
„Existujúce CDT materiály dokážu účinne vytvoriť buď hydroxylové radikály, alebo singletový kyslík, ale zriedkavo obidva naraz,“ vysvetľuje vedúci výskumu, Oleh Taratula.
Nový materiál dokáže generovať obe formy reaktívneho kyslíka, čo výrazne zvyšuje účinnosť chemického útoku na nádorové bunky.
Testy na bunkách aj zvieratách
Vedci najprv otestovali nový materiál na rôznych typoch rakovinových buniek v laboratóriu. Nanoagent vykázal silnú toxicitu voči rakovinovým bunkám, zatiaľ čo zdravé bunky zostali takmer nepoškodené.
Nasledovali experimenty na myšiach, ktoré niesli ľudské bunky rakoviny prsníka.
Po podaní sa materiál sústredil priamo v nádore a začal vytvárať reaktívne molekuly kyslíka.
„Po podaní nanoagenta myšiam s nádorom prsníka sa materiál sústredil v nádore, vytvoril silnú produkciu reaktívnych molekúl kyslíka a úplne odstránil rakovinu bez vedľajších účinkov,“ hovorí spoluautorka štúdie, Olena Taratula.
Vedci zaznamenali úplné vymiznutie nádorov a zároveň nepozorovali systémovú toxicitu.
Prečo sa výskum zameria aj na pankreas
Ďalší výskum sa zameria na viacero typov rakoviny, vrátane rakoviny pankreasu.
Práve tento typ patrí medzi najťažšie liečiteľné. Nádory pankreasu sú obklopené hustým ochranným tkanivom nazývaným stróma. Tá funguje ako fyzická bariéra, cez ktorú klasická chemoterapia preniká len veľmi ťažko.
Nanomedicína však môže fungovať inak. Malé častice dokážu preniknúť hlbšie do tkaniva a spustiť chemickú reakciu priamo v nádore.
Ak by podobná technológia fungovala aj pri rakovine pankreasu, znamenalo by to veľký krok v liečbe jedného z najsmrteľnejších nádorových ochorení.
Výskum sa zatiaľ nachádza v predklinickej fáze. Vedci plánujú ďalšie testy na rôznych typoch nádorov a budú sledovať bezpečnosť aj účinnosť materiálu.
Nanotechnológie už dnes menia spôsob, akým vedci premýšľajú o liečbe rakoviny. Namiesto plošného zásahu celého organizmu sa snažia vytvoriť nástroje, ktoré zasiahnu nádor priamo v jeho vlastnom prostredí. Nový MOF nanoagent z Oregonu ukazuje, že kombinácia chemických reakcií a nanomateriálov môže ponúknuť ďalšiu cestu, ako zasiahnuť rakovinové bunky presnejšie než pri tradičných terapiách.
