Le immagini confocali ad alta risoluzione mostrano gli effetti dei trapani molecolari attivati dalla luce sulle cellule all'interno di un verme. Prima dell'attivazione, a sinistra, le frese iniettate rimangono scure. A destra, dopo 15 minuti di esposizione alla luce, segnali fluorescenti mostrano danni diffusi nei nematodi trasparenti. Le esercitazioni sviluppate alla Rice University hanno lo scopo di colpire i batteri resistenti ai farmaci, cancro e altre cellule che causano malattie e le distruggono senza danneggiare le cellule sane adiacenti. Credito:Thushara Galbadage/Università di Biola
I trapani delle dimensioni di una molecola fanno il danno per cui sono progettati. Questa è una brutta notizia per la malattia.
Scienziati della Rice University, La Biola University e il Texas A&M Health Science Center hanno un'ulteriore conferma che i loro motori molecolari, rotori attivati dalla luce che girano fino a 3 milioni di volte al secondo, può colpire le cellule malate e ucciderle in pochi minuti.
Il team guidato dal biochimico molecolare di Biola Richard Gunasekera e dal chimico della Rice James Tour ha dimostrato che i loro motori sono altamente efficaci nel distruggere le cellule in tre organismi multicellulari:vermi, plancton e topi.
Uno studio sulla rivista ACS Applied Materials &Interfaces dell'American Chemical Society mostra che i motori hanno causato vari gradi di danno ai tessuti in tutte e tre le specie. La rivista prevede di designare il documento come ACS Editors' Choice ad accesso aperto.
L'obiettivo originale del progetto era colpire i batteri resistenti ai farmaci, cancro e altre cellule che causano malattie e le distruggono senza danneggiare le cellule sane adiacenti. Tour ha sostenuto che cellule e batteri non hanno alcuna difesa possibile contro una forza di perforazione nanomeccanica abbastanza forte da perforare le loro pareti.
Le immagini confocali ad alta risoluzione mostrano gli effetti dei trapani molecolari attivati dalla luce sulle cellule all'interno di un verme. Prima dell'attivazione, in alto, le frese iniettate rimangono scure. In fondo, dopo 15 minuti di esposizione alla luce, segnali fluorescenti mostrano danni diffusi nei nematodi trasparenti. Le esercitazioni sviluppate alla Rice University hanno lo scopo di colpire i batteri resistenti ai farmaci, cancro e altre cellule che causano malattie e le distruggono senza danneggiare le cellule sane adiacenti. Credito:Thushara Galbadage/Università di Biola
"Ora è stato portato a un livello completamente nuovo, " Tour ha detto. "Il lavoro qui mostra che interi organismi, come piccoli vermi e pulci d'acqua, possono essere uccisi da nanomacchine che li perforano. Questa non è solo la morte di una singola cellula, ma intero organismo, con morte cellulare a milioni.
"Possono anche essere usati per perforare la pelle, suggerendo così utilità nel trattamento di cose come il pre-melanoma, " Egli ha detto.
I ricercatori hanno visto effetti diversi in ciascuno dei tre modelli. Nel verme, C. elegans , i motori veloci hanno causato una rapida depigmentazione poiché i primi motori hanno causato la distruzione nanomeccanica di cellule e tessuti. Nel plancton, Dafnia, i motori prima smembrarono gli arti esterni. In entrambi i casi, dopo pochi giorni, la maggior parte o tutti gli organismi sono morti.
Per i modelli di topo, i ricercatori hanno applicato le nanomacchine in una soluzione topica sulla pelle. L'attivazione dei motori veloci provocava lesioni e ulcerazioni, dimostrando la loro capacità di funzionare in animali più grandi.
Dafnia, una specie di plancton, sono stati esposti a macchine molecolari sviluppate alla Rice University in esperimenti di laboratorio per determinare gli effetti dei trapani microscopici sui tessuti. A sinistra c'è un plancton sano con tutte le sue appendici. A destra, la dafnia ha solo due delle sue appendici dopo 10 minuti di esposizione a nanomacchine attivate dalla luce. Le esercitazioni hanno lo scopo di colpire i batteri resistenti ai farmaci, cancro e altre cellule che causano malattie e le distruggono senza danneggiare le cellule sane adiacenti. Credito:Alison Buck/Biola University
"Il fatto che la pelle del topo cambi a causa della "perforazione" delle nanomacchine potrebbe essere uno degli aspetti più interessanti dello studio per gli scienziati, " disse Gunasekera, un membro di facoltà aggiunto ed ex scienziato in visita alla Rice e attualmente preside associato e professore di biochimica alla Biola. È co-autore principale del documento con Thushara Galbadage, professore associato di sanità pubblica alla Biola.
"Potrebbe significare un trattamento topico diretto a condizioni della pelle come melanomi, eczema e altre malattie della pelle, " Gunasekera ha detto. "Questo documento è significativo perché è il primo test di nanomacchine in cui abbiamo dimostrato la sua efficacia in vivo. Tutti gli altri studi fatti finora sono stati fatti in vitro ."
Ha suggerito che i motori potrebbero essere utilizzati per il controllo terapeutico dei parassiti e per il trattamento locale di malattie come il cancro della pelle.
