Die Kontrolle des quantenbiologischen Elektronentunnelns könnte Hirntumorpatienten helfen – Physics World

Eine neue Technologie, die auf der Modulation von Quantenprozessen in menschlichen Zellen basiert, könnte die Behandlung einer besonders aggressiven Form von Hirnkrebs namens Glioblastom revolutionieren.

Für das Projekt bündeln Biochemiker, Physiker, Ingenieure und Kliniker ihre Kräfte University of Nottingham haben gezeigt, dass über Bio-Nanoantennen verabreichte elektrische Stimulation den quantenbiologischen Tunnelvorgang für den Elektronentransfer (QBET) innerhalb von Krebszellen initiieren kann, der den Zelltod auslöst. Das Team nutzte die Technik in seinen Laborexperimenten, um Glioblastom-Krebszellen abzutöten, während gesunde Zellen unbeeinträchtigt blieben.

Die Bio-Nanoantennen bestehen aus mit Cytochrom beschichteten Goldnanopartikeln c, ein Protein, das eine Schlüsselrolle beim Auslösen der Apoptose spielt – der natürlichen Selbstzerstörungssequenz innerhalb einer Zelle. Beim Cytochrom c oxidiert, indem es durch Quantentunneln ein Elektron verliert, löst es die Aussendung von Signalen aus, die die Gene der Zelle anweisen, sich so zu verändern, dass die Zelle stirbt.

In der Studie, berichtet in Natur Nanotechnologie, dem multidisziplinären Forscherteam unter der Leitung von Frankie Rawson, ein außerordentlicher Professor an der School of Pharmacy mit einem Hintergrund in Biochemie und Elektrochemie, nutzte ein entferntes externes elektrisches Feld, um die von ihnen entwickelten Bio-Nanoantennen zu polarisieren. Dies führte zu einem Spannungsgradienten, der ausreichte, um dank Elektronentunneln die Oxidation des Cytochroms auszulösen c in der Beschichtung. Dies wiederum löste den Selbstzerstörungsmechanismus innerhalb der vom Patienten stammenden Glioblastomzellen aus, mit denen es in direktem Kontakt stand.

Eines der Merkmale, die die Behandlung von Glioblastomen so schwierig machen, ist die Tendenz der Glioblastomzellen, sich im Gehirn auszubreiten. Selbst wenn ein Gehirntumor entfernt wird, enthält das Gehirn viele zusätzliche Krebszellen, die nicht chirurgisch entfernt werden können, ohne das Risiko einer Hirnschädigung einzugehen. Glioblastomzellen werden auch schnell resistent gegen eine Chemotherapie. Diese neue quantenbiologische Behandlung hat also das Potenzial, diese verirrten Zellen im Wesentlichen zu beseitigen.

„Wir integrieren Elektronik mit Biologie, um Zellen zu steuern. Der Schalter [der den Zelltod auslöst] ist ein Quantentunnelereignis“, erklärt Rawson und fügt hinzu, dass die Behandlung aufgrund ihrer einzigartigen Biologie, die in normalen Zellen nicht zu finden ist, selektiv auf Krebszellen abzielt. Zellen ohne diese spezifische Biologie reagieren nicht auf den externen elektrischen Reiz und ermöglichen so die Aussonderung von Krebszellen, die für die Behandlung empfänglich sind.

Die Nottingham-Bio-Nanoantennen sind zu groß, um die Blut-Hirn-Schranke zu passieren, eine sehr enge Verbindung von Zellen, die die zum Gehirn führenden Blutgefäße auskleiden und es vor Schäden schützen, indem sie den Durchgang von Partikeln und großen Molekülen verhindern. Da sie nicht in den Blutkreislauf injiziert werden können, müssen diese Bio-Nanopartikel während der Operation in die Nähe der Tumorstelle gesprüht oder injiziert werden.

Da Gold biokompatibel ist, müssen die Partikel nach der Behandlung nicht entfernt werden. Rawson betont jedoch, dass weitere Studien erforderlich sind, um festzustellen, was mit der Cytochrom-Beschichtung passiert – von der sie erwarten, dass sie mit der Zeit abgebaut wird und nicht mehr funktioniert – und um zu bewerten, ob die Behandlung in einer Dosis verabreicht werden kann oder, wenn Fraktionen erforderlich sind, in welcher Die zeitlichen Abstände zwischen den Dosen müssen angepasst werden.

Quanteneffekte tragen dazu bei, die DNA instabil zu machen

Rawson hofft, „die Behandlung innerhalb eines Jahrzehnts an Patienten testen zu können“ und sucht nach Mitteln für kleine Versuche am Menschen. Das Team hat bereits begonnen in vivo Studien, bei denen die Bio-Nanoantennen in Krebstumoren bei Tieren injiziert werden, um auf Toxizitätsprobleme zu prüfen.

„Ich denke, die Biologie verändert sich jetzt und Forscher beginnen zu begreifen, dass Bioelektrizität neben DNA für die Zellfunktion von grundlegender Bedeutung ist“, schlussfolgert Rawson und hofft, dass diese Technik aufgrund ihrer Fähigkeit, jede Art von Krebszelle selektiv anzugreifen, den Weg ebnen könnte für eine ganze Reihe quantenbasierter medizinischer Verfahren. „Diese Arbeit hat so viele Auswirkungen auf die Quantenbiologie und Quantentherapie. Es ist möglicherweise ein völlig neues Paradigma in der Medizin.“

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/controlling-quantum-biological-electron-tunnelling-could-help-brain-cancer-patients/