Así como los martillos neumáticos pueden penetrar el hormigón, los martillos neumáticos moleculares (MJH) son máquinas nanoscópicas capaces de crear golpes tan fuertes que pueden agrietar o romper la membrana celular, descompensando y matando a la célula. Los MJH se encienden mediante luz infrarroja cercana (NIR) que estimula vibraciones deslocalizadas sincronizadas en toda la célula, una acción mecánica que puede aprovecharse para matar rápidamente las células cancerosas.

Investigadores de la Universidad Texas A&M, la Universidad Rice y el Centro Oncológico MD Anderson de la Universidad de Texas probaron este método utilizando cultivos de laboratorio de células de melanoma humano y ratones con tumores de melanoma.

Descubrieron que los martillos neumáticos moleculares tenían una eficacia del 99% para matar las células cancerosas in vitro y que el 50% de los ratones tratados con este método quedaron libres de cáncer. Este desarrollo es el primero de su tipo y ofrece una alternativa mucho más segura y eficaz a los tratamientos actuales contra el cáncer.

Este estudio fue publicado en Nature Chemistry .

La estimulación de los modos vibrónicos en las membranas celulares funciona activando las moléculas de aminocianina (MJH), que pueden adherirse fácilmente al exterior de las células debido a su carga positiva, opuesta a la bicapa de fosfolípidos de la célula.

Una vez adherido, MJH se activa exponiendo estas moléculas a una frecuencia o energía de luz infrarroja (IR) invisible, ligeramente inferior a la energía de la luz roja visible. Dado que la radiación roja tiene la energía más baja del espectro visible , cualquier luz debajo del rojo es invisible, y esta banda o rango de frecuencias se llama infrarrojo cercano (NIR).

Cuando se activan con NIR, los electrones dentro del MJH crean plasmones, una excitación de toda la molécula que provoca vibraciones a un ritmo extremadamente rápido. Impulsados ​​por la radiación NIR, los MJH golpean como si estuvieran golpeando continuamente la superficie de la célula. Estos martillazos colectivos de los MJH son lo suficientemente fuertes como para romper o agrietar la membrana celular creando una descompensación suficiente para destruirla.

Según el Dr. Jorge Seminario, profesor del Departamento de Ingeniería Química Artie McFerrin de la Universidad Texas A&M, uno de los beneficios críticos de este enfoque teórico es que puede predecir, desde la teoría de primeros principios, cómo se comportará el MJH en una prueba experimental. . Este conocimiento previo es valioso, ya que hace que la técnica sea más rentable y rentable, al tiempo que evita experimentos de prueba y error costosos y arriesgados.

Además, la probabilidad de que las células cancerosas desarrollen resistencia a estas fuerzas mecánicas moleculares es extremadamente baja, lo que convierte a estos martillos neumáticos moleculares en un método alternativo más seguro para inducir la muerte de las células cancerosas.

“Desde el punto de vista médico, cuando esta técnica esté disponible, será beneficiosa y menos costosa que métodos como la terapia fototérmica, la fotodinámica, la radiorradiación y la quimioterapia”, afirmó Seminario.

A los investigadores les gustaría continuar probando y mejorando esta técnica para que los profesionales médicos puedan eventualmente utilizarla para ayudar a tratar a los pacientes con cáncer. La amplia gama de posibles estructuras moleculares allana el camino para adaptarlas y utilizarlas para combatir el cáncer.

“Este es uno de los pocos enfoques teórico-experimentales de esta naturaleza; generalmente, la investigación en los campos relacionados con la medicina no utiliza técnicas de química cuántica de primeros principios como las utilizadas en el presente trabajo, a pesar del gran beneficio de saber cuál es el los electrones y núcleos de todos los átomos están haciendo en moléculas o materiales de interés”, dijo Seminario.

Los colaboradores de la investigación incluyen al Dr. Diego Gálvez-Aranda del departamento de ingeniería química de Texas A&M, los Dres. Cicerón Ayala-Orozco y James M. Tour de la Universidad Rice, y Arnoldo Corona, Roberto Rangel y Jeffrey N. Myers del UT-MD Anderson Cancer Center.

Fuente: medicalxpress.com