I ricercatori di fisica dell'UT Arlington potrebbero aver sviluppato un modo per utilizzare la tecnologia laser per fornire farmaci e terapia genica a livello cellulare senza danneggiare i tessuti circostanti. Il metodo alla fine potrebbe aiutare i pazienti affetti da condizioni genetiche, tumori e malattie neurologiche.

In uno studio pubblicato di recente dalla rivista Nature's Rapporti scientifici , il team ha accoppiato nanoparticelle di carbonio magnetiche cristalline e raggi laser nel vicino infrarosso a onda continua per quella che viene chiamata consegna fototermica. Gli autori del nuovo documento sono Ali Koymen, un professore di fisica; Samarendra Mohanty, un assistente professore di fisica; e Ling Gu, un ricercatore nel laboratorio di Mohanty.

La nuova scoperta è nata da uno studio precedente in cui Koymen e Mohanty hanno utilizzato un laser da 50 a 100 milliwatt e la stessa nanoparticella di carbonio, che assorbe il raggio, per riscaldare e distruggere le cellule tumorali in laboratorio. Il team ha utilizzato il nuovo metodo di somministrazione fototermica in esperimenti di laboratorio per introdurre coloranti impermeabili e piccole molecole di DNA nel cancro alla prostata umano e nelle cellule di sarcoma dei fibroblasti.

"In questo lavoro, Il dottor Mohanty ha usato un potere inferiore, da 20 a 30 milliwatt, laser nel vicino infrarosso ad onda continua e la nanoparticella per permeare la membrana cellulare senza uccidere le cellule. Questo metodo allunga la membrana cellulare desiderata per consentire la consegna e ha il vantaggio aggiuntivo di creare un flusso di fluido che accelera il movimento di ciò che viene consegnato, " disse Koymen, il cui laboratorio ha creato la nanoparticella di carbonio magnetica cristallina dello studio utilizzando una scarica di plasma elettrico all'interno di una soluzione di toulene.

L'introduzione di DNA estraneo o altre piccole molecole direttamente nelle cellule è essenziale per alcuni dei metodi più avanzati sviluppati nella terapia genica, vaccinazioni, imaging del cancro e altri trattamenti medici. Attualmente, la pratica predominante è l'utilizzo di virus per la consegna alle cellule. Sfortunatamente, la portata di ciò che può essere somministrato con i virus è severamente limitata e l'interazione del virus può portare a risposte infiammatorie e altre complicazioni.

Gli scienziati che cercano di creare un percorso nella cellula senza impiegare un virus hanno anche sperimentato l'utilizzo di soli raggi laser di luce UV-visibile. Ma quel metodo danneggia le cellule circostanti e ha un livello di efficacia relativamente basso.

Un vantaggio significativo del nuovo metodo è che l'assorbimento della luce nel vicino infrarosso della nanoparticella può essere utilizzato per amplificare selettivamente l'interazione del laser a bassa potenza con il tessuto mirato e "il danno indotto dal laser alle cellule non mirate lungo il percorso di irradiazione può essere evitato , " dice il rapporto. Le proprietà magnetiche delle nanoparticelle significano anche che possono essere localizzate con un campo magnetico esterno; quindi una concentrazione più piccola può essere utilizzata efficacemente.

"Le università di ricerca come UT Arlington incoraggiano docenti e studenti a seguire ogni nuova scoperta con domande ancora più profonde, " disse Pamela Jansma, decano dell'UT Arlington College of Science.

"Con la loro ultima pubblicazione, Dott. Koymen, Mohanty e Gu hanno portato la loro collaborazione a un nuovo livello mentre continuano a costruire preziose implicazioni per la salute umana e il trattamento delle malattie".

Le nanoparticelle di carbonio prodotte per lo studio sul cancro variavano da cinque a 20 nanometri di larghezza. Un capello umano è circa 100, 000 nanometri di larghezza. Anche le nanoparticelle magnetiche di carbonio sono fluorescenti. Così, possono essere utilizzati per migliorare il contrasto dell'imaging ottico dei tumori insieme a quello della risonanza magnetica.