Controlar el túnel de electrones biológico cuántico podría ayudar a los pacientes con cáncer cerebral – Physics World

Controlar el túnel de electrones biológico cuántico podría ayudar a los pacientes con cáncer cerebral – Physics World

Marca de tiempo: 19 de octubre de 2023 5:00 a. M.

Terapéutica cuántica diseñada para matar células cancerosas en tumores cerebrales
Tratamiento dirigido Los investigadores están desarrollando terapias cuánticas que matan selectivamente las células cancerosas en tumores cerebrales agresivos. (Cortesía: Shutterstock/SciePro)

Una nueva tecnología basada en la modulación de procesos cuánticos dentro de las células humanas podría revolucionar el tratamiento de una forma particularmente agresiva de cáncer cerebral llamado glioblastoma.

Uniendo fuerzas para el proyecto, bioquímicos, físicos, ingenieros y médicos del Universidad de Nottingham han demostrado que la estimulación eléctrica administrada a través de bionanoantenas puede iniciar el túnel biológico cuántico para la transferencia de electrones (QBET) dentro de las células cancerosas que desencadena la muerte celular. El equipo utilizó la técnica en sus experimentos de laboratorio para matar células cancerosas de glioblastoma, sin afectar las células sanas.

Las bionanoantenas están compuestas por nanopartículas de oro recubiertas de citocromo. c, una proteína que desempeña un papel clave en el inicio de la apoptosis, la secuencia de autodestrucción natural dentro de una célula. cuando el citocromo c se oxida al perder un electrón a través de un túnel cuántico, provoca que se envíen señales que indican a los genes de la célula que se alteren de tal manera que la célula muera.

En el estudio, reportado en Naturaleza Nanotecnología, el equipo multidisciplinario de investigadores liderado por Frankie Rawson, profesor asociado de la Facultad de Farmacia con experiencia en bioquímica y electroquímica, utilizó un campo eléctrico externo remoto para polarizar las bionanoantenas que habían desarrollado. Esto condujo a un gradiente de voltaje suficiente para desencadenar la oxidación (gracias a la tunelización de electrones) del citocromo. c en el revestimiento. Esto, a su vez, inició el mecanismo de autodestrucción dentro de las células de glioblastoma derivadas del paciente con las que estaba en contacto directo.

Una de las características que hace que el glioblastoma sea tan difícil de tratar es la tendencia de las células del glioblastoma a propagarse por el cerebro. Entonces, incluso una vez que se extirpa un tumor cerebral, el cerebro contiene muchas células cancerosas adicionales que no pueden extraerse quirúrgicamente sin correr el riesgo de sufrir daño cerebral. Las células de glioblastoma también se vuelven rápidamente resistentes a la quimioterapia. Así que este nuevo tratamiento biológico cuántico tiene el potencial de eliminar esencialmente estas células perdidas.

“Estamos integrando la electrónica con la biología para controlar las células. El interruptor [que desencadena la muerte celular] es un evento de túnel cuántico”, explica Rawson, añadiendo que el tratamiento se dirige selectivamente a las células cancerosas como resultado de su biología única que no se encuentra en las células normales. Las células sin esa biología específica no responden al estímulo eléctrico externo, lo que permite identificar las células cancerosas, que son receptivas al tratamiento.

Las bionanoantenas de Nottingham son demasiado grandes para atravesar la barrera hematoencefálica, una unión muy estrecha de células que recubren los vasos sanguíneos que conducen al cerebro y que lo protegen del daño al impedir el paso de partículas y moléculas grandes. Entonces, dado que no se pueden inyectar en el torrente sanguíneo, estas bionanopartículas deberán rociarse o inyectarse cerca del sitio del tumor durante la cirugía.

Como el oro es biocompatible, no es necesario eliminar las partículas después del tratamiento. Rawson subraya, sin embargo, que se requieren más estudios para determinar qué sucede con el recubrimiento de citocromo -que esperan que se degrade y deje de funcionar con el tiempo- y para evaluar si el tratamiento se puede administrar en una dosis o, si se requieren fracciones, qué los tiempos entre dosis deben ser.

Rawson espera “probar el tratamiento en pacientes dentro de una década” y busca conseguir financiación para pequeños ensayos en humanos. El equipo ya ha comenzado. in vivo estudios, inyectando bio-nanoantenas en tumores cancerosos en animales para verificar si hay problemas de toxicidad.

"Creo que la biología está cambiando y los investigadores están empezando a darse cuenta de que la bioelectricidad, junto con el ADN, es fundamental para la función celular", concluye Rawson, quien tiene la esperanza de que, debido a su capacidad para atacar selectivamente cualquier tipo de célula cancerosa, esta técnica podría allanar el camino. para una amplia gama de procedimientos médicos basados ​​en lo cuántico. “Este trabajo tiene muchas implicaciones en términos de biología cuántica y terapéutica cuántica. Es potencialmente un paradigma completamente nuevo en medicina”.

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