Kontroll av kvantebiologisk elektrontunnel kan hjelpe pasienter med hjernekreft – Physics World

Kontroll av kvantebiologisk elektrontunnel kan hjelpe pasienter med hjernekreft – Physics World

Tidsstempel: 19. oktober 2023 5:00

Kvanteterapi utviklet for å drepe kreftceller i hjernesvulster
Målrettet behandling Forskere utvikler kvanteterapi som selektivt dreper kreftceller i aggressive hjernesvulster. (Med tillatelse: Shutterstock/SciePro)

En ny teknologi basert på modulering av kvanteprosesser inne i menneskelige celler kan revolusjonere behandlingen av en spesielt aggressiv form for hjernekreft kalt glioblastom.

Sammen for prosjektet, biokjemikere, fysikere, ingeniører og klinikere ved University of Nottingham har vist at elektrisk stimulering administrert via bio-nanoantenner kan sette i gang den kvantebiologiske tunneleringen for elektronoverføring (QBET) i kreftceller som utløser celledød. Teamet brukte teknikken i laboratorieeksperimentene sine for å drepe glioblastomkreftceller, samtidig som de forlot friske celler upåvirket.

Bio-nanoantennene er sammensatt av gullnanopartikler belagt med cytokrom c, et protein som spiller en nøkkelrolle i å starte apoptose – den naturlige selvdestruksjonssekvensen i en celle. Når cytokrom c blir oksidert ved å miste et elektron via kvantetunnelering, sender det ut signaler som instruerer cellens gener til å endre seg på en slik måte at cellen dør.

I studien, rapportert i Natur Nanoteknologi, det tverrfaglige teamet av forskere ledet av Frankie Rawson, en førsteamanuensis ved School of Pharmacy som har bakgrunn i biokjemi og elektrokjemi, brukte et eksternt eksternt elektrisk felt for å polarisere bio-nanoantennene som de hadde utviklet. Dette førte til en spenningsgradient tilstrekkelig til å utløse oksidasjon – takket være elektrontunnelering – av cytokrom c i belegget. Dette i sin tur initierte selvdestruksjonsmekanismen i de pasientavledede glioblastomcellene som den var i direkte kontakt med.

En av funksjonene som gjør glioblastom så vanskelig å behandle, er tendensen til at glioblastomceller sprer seg rundt hjernen. Så selv når en hjernesvulst er fjernet, inneholder hjernen mange flere kreftceller som ikke kan ekstraheres kirurgisk uten å risikere hjerneskade. Glioblastomceller blir også raskt resistente mot kjemoterapi. Så denne nye kvantebiologiske behandlingen har potensialet til å tørke opp disse herreløse cellene.

"Vi integrerer elektronikk med biologi for å kontrollere celler. Bryteren [som utløser celledød] er en kvantetunnelhendelse,” forklarer Rawson, og legger til at behandlingen selektivt retter seg mot kreftceller som et resultat av deres unike biologi som ikke finnes i normale celler. Celler uten den spesifikke biologien reagerer ikke på den eksterne elektriske stimulansen, noe som gjør det mulig for kreftceller – som er mottakelige for behandlingen – å skilles ut.

Nottingham bio-nanoantennene er for store til å passere gjennom blod-hjerne-barrieren, en veldig tett kobling av celler som fôrer blodårene som fører til hjernen som beskytter den mot skade ved å forhindre passasje av partikler og store molekyler. Så siden de ikke kan injiseres i blodet, må disse bionanopartiklene sprayes eller injiseres nær tumorstedet under operasjonen.

Siden gull er biokompatibelt, er det ikke nødvendig å fjerne partiklene etter behandling. Rawson understreker imidlertid at det kreves ytterligere studier for å finne ut hva som skjer med cytokrombelegget – som de forventer vil brytes ned og slutte å virke over tid – og for å vurdere om behandlingen kan gis i én dose eller, hvis det er nødvendig med fraksjoner, hva tidsintervallene mellom dosene må være.

Rawson håper "å prøve ut behandlingen hos pasienter innen et tiår", og er ute etter å sikre finansiering for små menneskelige forsøk. Laget har allerede begynt in vivo studier, injiserer bio-nanoantennene i kreftsvulster hos dyr for å se etter problemer med toksisitet.

"Jeg tror biologi nå endrer seg og forskere begynner å innse at bioelektrisitet sammen med DNA er grunnleggende for cellefunksjon," konkluderer Rawson, som er håpefull at på grunn av sin evne til å selektivt målrette mot alle typer kreftceller, kan denne teknikken bane vei. for en hel rekke kvantebaserte medisinske prosedyrer. "Dette arbeidet har så mange implikasjoner når det gjelder kvantebiologi og kvanteterapi. Det er potensielt et helt nytt paradigme innen medisin."

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden