L'iconico singolo di successo dei Beach Boys "Good Vibrations" assume un significato completamente nuovo grazie a una recente scoperta degli scienziati e collaboratori della Rice University, che hanno scoperto un modo per distruggere le cellule tumorali sfruttando la capacità di alcune molecole di vibrare fortemente quando stimolato dalla luce.
I ricercatori hanno scoperto che gli atomi di una piccola molecola colorante utilizzata per l’imaging medico possono vibrare all’unisono – formando il cosiddetto plasmone – quando stimolati dalla luce del vicino infrarosso, causando la rottura della membrana cellulare delle cellule cancerose. Secondo lo studio pubblicato su Nature Chemistry , il metodo ha avuto un'efficienza del 99% contro le colture di laboratorio di cellule di melanoma umano e metà dei topi con tumori di melanoma sono guariti dal cancro dopo il trattamento.
"Si tratta di una generazione completamente nuova di macchine molecolari che chiamiamo martelli pneumatici molecolari", ha affermato il chimico della Rice James Tour, il cui laboratorio ha precedentemente utilizzato composti su scala nanometrica dotati di una catena di atomi simile a una paletta attivata dalla luce che ruota continuamente nella stessa direzione per perforare la membrana esterna di batteri infettivi, cellule tumorali e funghi resistenti ai trattamenti.
A differenza dei trapani su scala nanometrica basati sui motori molecolari del premio Nobel Bernard Feringa, i martelli pneumatici molecolari utilizzano un meccanismo d'azione completamente diverso e senza precedenti.
"Sono più di un milione di volte più veloci nel loro movimento meccanico rispetto ai precedenti motori di tipo Feringa e possono essere attivati con la luce del vicino infrarosso anziché con la luce visibile", ha affermato Tour.
La luce nel vicino infrarosso può penetrare nel corpo molto più in profondità rispetto alla luce visibile, raggiungendo organi o ossa senza danneggiare i tessuti.
"La luce del vicino infrarosso può penetrare nel corpo umano fino a 10 centimetri (~ 4 pollici), mentre solo mezzo centimetro (~ 0,2 pollici), la profondità di penetrazione della luce visibile, che abbiamo utilizzato per attivare le nanotrappole, " hanno affermato Tour, professore di chimica della Rice, T. T. e W. F. Chao, nonché professore di scienza dei materiali e nanoingegneria. "È un progresso enorme."
I martelli pneumatici sono molecole di aminocianina, una classe di coloranti sintetici fluorescenti utilizzati per l'imaging medico.
"Queste molecole sono semplici coloranti che le persone usano da molto tempo", ha detto Ciceron Ayala-Orozco, uno scienziato ricercatore della Rice e autore principale dello studio. "Sono biocompatibili, stabili in acqua e molto bravi ad attaccarsi al rivestimento esterno grasso delle cellule. Ma anche se venivano usati per l'imaging, le persone non sapevano come attivarli come plasmoni."
Ayala-Orozco inizialmente studiò i plasmoni come studentessa di dottorato nel gruppo di ricerca guidato da Naomi Halas della Rice.
"A causa della loro struttura e delle proprietà chimiche, i nuclei di queste molecole possono oscillare in sincronia quando esposti allo stimolo giusto", ha detto Ayala-Orozco. "Ho visto la necessità di utilizzare le proprietà dei plasmoni come forma di trattamento ed ero interessato all'approccio meccanico del Dr. Tour per trattare le cellule tumorali. Fondamentalmente ho collegato i punti.
"I plasmoni molecolari che abbiamo identificato hanno una struttura quasi simmetrica con un braccio su un lato. Il braccio non contribuisce al movimento plasmonico, ma aiuta ad ancorare la molecola al doppio strato lipidico della membrana cellulare."
I ricercatori dovevano dimostrare che la modalità d'azione delle molecole non poteva essere classificata né come forma di terapia fotodinamica né come terapia fototermica.
"Ciò che deve essere sottolineato è che abbiamo scoperto un'altra spiegazione di come queste molecole possono funzionare", ha detto Ayala-Orozco. "Questa è la prima volta che un plasmone molecolare viene utilizzato in questo modo per eccitare l'intera molecola e per produrre effettivamente un'azione meccanica utilizzata per raggiungere un obiettivo particolare, in questo caso, lacerando la membrana delle cellule tumorali. Questo studio riguarda un modo diverso per trattare il cancro utilizzando forze meccaniche su scala molecolare."
I ricercatori della Texas A&M University guidati da Jorge Seminario, chimico quantistico e professore di ingegneria chimica, hanno eseguito un’analisi della teoria del funzionale della densità dipendente dal tempo sulle caratteristiche molecolari coinvolte nell’effetto martello pneumatico. Gli studi sul cancro sono stati condotti sui topi presso l'MD Anderson Cancer Center dell'Università del Texas in collaborazione con il dottor Jeffrey Myers, professore e presidente del Dipartimento di chirurgia della testa e del collo e direttore della ricerca traslazionale per la Divisione di Chirurgia.
Ulteriori informazioni: Ciceron Ayala-Orozco et al, I martelli pneumatici molecolari sradicano le cellule tumorali mediante un'azione vibronica, Chimica naturale (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01383-y
Informazioni sul giornale: Chimica della Natura
Fornito dalla Rice University
