Τα νανοκελύφη από χρυσό, όπλο για την καταστροφή των καρκινικών όγκων

Από την ιστοσελίδα του Popular Science, Νοέμβριος 2003

Οι επιστήμονες αναφερόμενοι στα νανοκελύφη από χρυσό, που είναι μικροσκοπικά σφαιρίδια  πυριτίου επενδεδυμένα με χρυσό, λένε ότι προς αυτή την κατεύθυνση θα κινηθούν οι αντικαρκινικές θεραπείες στο μέλλον. Αυτό υποστηρίζει η Naomi Halas ηλεκτρολόγος-μηχανολόγος και καθηγήτρια χημείας στο Πανεπιστημίου Rice στο Χιούστον.

Τα σφαιρίδια αυτά μπορούν να εγχυθούν με μια ενδοφλέβια ένεση, με ένα υγρό σε χρώμα χρυσού, και κατόπιν να βομβαρδίσουν τον ασθενή με μια αόρατη υπέρυθρη ακτινοβολία για 30 δευτερόλεπτα περίπου, ώστε ο καρκινικός όγκος να θερμανθεί.

Στη συνέχεια, σε μία οθόνη οι γιατροί παρακολουθούν ένα σχεδιάγραμμα ακριβείας, όπου διακρίνεται το μέγεθος, το σχήμα και η θέση του όγκου.

Για τη θεραπεία δίνεται μία πιο μεγάλη δόση από την υπέρυθρη ακτινοβολία. Μέσα σε λίγη ώρα, ο όγκος αποτελεί παρελθόν, ισχυρίζονται οι επιστήμονες, όπως η Halas.

Η εφεύρεση της Halas, τα νανοκελύφη, σφαιρίδια διαμέτρου 100-nm (περίπου το 1/10.000 μίας τελείας αυτής της σελίδας), φτιαγμένα από άτομα χρυσού, τα οποία επικαλύπτουν ένα μικροσκοπικό σβόλο από πυρίτιο.

Όταν προσδεθεί μέσω πρωτεϊνών σ' ένα καρκινικό κύτταρο και προσβληθεί από ακτινοβολία εγγύς του υπερύθρου, που είναι όμως αβλαβής για τους ιστούς, το κέλυφος θερμαίνεται, καυτηριάζοντας τον όγκο δίχως να επηρεάσει τον περιβάλλοντα ιστό

Αυτό το καλοκαίρι, το υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ βράβευσε την Halas και την συνάδελφο της Jennifer West, μια βιομηχανικό στο ίδιο Πανεπιστήμιο. Προσφέρει μάλιστα το ποσόν των 3 εκατομμυρίων δολαρίων για να  αναπτυχθούν νανοκελύφη που θα χρησιμοποιηθούν στην θεραπεία των όγκων του μαστού.

Η Halas ελπίζει ότι η ομάδα της θα ξεκινήσει προκαταρκτικές κλινικές δοκιμές την επόμενη χρονιά, σε ασθενείς που εμφανίζουν όγκους σε μαλακούς ιστούς, όπως στο στήθος, στον εγκέφαλο και τον προστάτη. Εάν τα αποτελέσματα των δοκιμών είναι ενθαρρυντικά, τα νανοκελύφη ίσως ν' αλλάξουν ριζικά τον τρόπο θεραπείας του καρκίνου: η διάγνωση των όγκων και —στο αρχικό στάδιο- η θεραπεία τους θα γίνονται με μία επίσκεψη στο γιατρό.

"Είναι επαναστατικό να επιτυγχάνεται διάγνωση του καρκίνου πολύ νωρίς, ίσως έξι με επτά χρόνια νωρίτερα από τις άλλες μεθόδους", λέει η Donna Kimbark, διευθύντρια του Ερευνητικού Προγράμματος για τον Καρκίνο του Μαστού, του υπουργείου Άμυνας.

"Οι περισσότεροι κακοήθεις όγκοι του μαστού έχουν εμφανιστεί πολλά χρόνια πριν ανιχνευθούν. Φανταστείτε ποιες θα είναι οι συνέπειες της πιο έγκαιρης διάγνωσης της ασθένειας".

Αυτό που κάνει εντυπωσιακά τα νανοκελύφη, λέει η Halas, είναι η 'προσαρμοστικότητα' τους: Ένα κέλυφος μπορεί να ρυθμιστεί κατάλληλα ώστε ν' απορροφά σχεδόν οποιοδήποτε μήκος κύματος, κι αυτό γίνεται αν αλλάξουμε την αναλογία πάχους μεταξύ του εσωτερικού γυάλινου πυρήνα του κελύφους και του εξωτερικού στρώματος από χρυσό.

Ακόμα και οι καλύτερες σημερινές θεραπείες του καρκίνου καταστρέφουν τα καρκινικά κύτταρα με ακρίβεια όσο και μια ατομική βόμβα. Εδώ, βλέπουμε πώς τα νανοκελύφη θα σκοτώσουν τον καρκίνο μέσα στο σώμα.

• (1) Κάθε νανοκέλυφος, επενδεδυμένο με χρυσό, είναι περίπου 10.000 φορές μικρότερο από ένα λευκό αιμοσφαίριο. Για να εντοπίσει και να θεραπεύσει τον καρκίνο, ένας γιατρός εγχέει (σε ενέσιμη μορφή) χιλιάδες νανοκελύφη στο αίμα του ασθενή. Διασκορπισμένα μέσα στο σώμα, τα νανοκελύφη αναζητούν και δεσμεύονται από τα καρκινικά κύτταρα μέσω των αντισωμάτων που προσκολλώνται στην επιφάνειά τους.

• (2) Μόλις καλύψουν, κατά προσέγγιση, 20 νανοκελύφη κάθε όγκο, αρχίζει μια σύντομη έκθεση σε ακτινοβολία στο εγγύς υπέρυθρο, που όμως περνά ακίνδυνα μέσω του μαλακού ιστού, φωτίζοντας τα κελύφη και προδίνοντας έτσι τη θέση τους. Έπειτα, οι γιατροί χορηγούν μια εντονότερη δόση της ίδιας ακτινοβολίας, θερμαίνοντας μόνο τα νανοκελύφη τα συνδεδεμένα με όγκους.

• (3) Τα ηλεκτρόνια που κινούνται ελεύθερα στο εξωτερικό στρώμα του χρυσού (στα νανοκελύφη) συγκεντρώνουν την πυκνή ενέργεια της ακτινοβολίας, θερμαίνοντας κάθε μεμονωμένο νανοκέλυφος και καυτηριάζοντας τον όγκο -- κι' όλα αυτά κατά τη διάρκεια μιας απλής επίσκεψης στο γραφείο του γιατρού.

Προσαρμοσμένο ώστε ν' απορροφά υπέρυθρη ακτινοβολία, και με επικάλυψη από αντισώματα ειδικά κατά των καρκινικών κυττάρων, το νανοκέλυφος γίνεται μία θερμική βόμβα κατευθυνόμενης ακριβείας. Είναι πιθανόν να καταστρέφονται με αυτό τον τρόπο και κάποια από τα γειτονικά υγιή κύτταρα, ο αριθμός τους όμως δεν μπορεί καν να συγκριθεί με τα φυσιολογικά κύτταρα που καταστρέφονται με τις χειρουργικές επεμβάσεις και τις χημειοθεραπείες.

Η Halas λέει ότι τα νανοκελύφη θα μπορούσαν επίσης να συμβάλουν στην πιο αποτελεσματική χορήγηση φαρμάκων. Για παράδειγμα, ένα νανοκέλυφος προσδεμένο σε ένα πολυμερές γεμάτο με ινσουλίνη, α μπορούσε να διεγείρει το πολυμερές, ώστε αυτό ν' ελευθερώνει μικροσκοπικές δόσεις από το φάρμακο στο αίμα.

Όμως, προς το παρόν, το ενδεχόμενο θεραπείας του καρκίνου αποτελεί την πιο πιθανή αιτία για να εισαχθούν τα νανοκελύφη τόσο στην ιατρική ορολογία όσο και στο ανθρώπινο σώμα.