Νανοσωματίδια ελεγχόμενα από μακριά μεταφέρουν φάρμακα κατευθείαν στους όγκους

Πηγή: ScienceDaily, 21 Νοεμβρίου 2007

Επιστήμονες στο MIT έχουν επινοήσει νανοσωματίδια που να ελέγχονται από μακριά και, με τη βοήθεια ενός ηλεκτρομαγνητικό πεδίου, θα ελευθερώνουν φάρμακα για να επιτεθούν σε καρκινικούς όγκους. Η καινοτομία αυτή θα μπορούσε να οδηγήσει στη βελτιωμένη διάγνωση και σε μια στοχευόμενη θεραπεία του καρκίνου.

Σε μια προηγούμενη εργασία τους η ίδια ομάδα, που καθοδηγήθηκε από τον Sangeeta Bhatia, καθηγητή στο Harvard και MIT, ανέπτυξε εκχύσιμα πολυσύνθετα νανοσωματίδια με σκοπό να περάσουν μέσω της κυκλοφορίας του αίματος, στη θέση των όγκων. Τα συγκεντρωμένα νανοσωματίδια βοηθούν τους γιατρούς να απεικονίζουν τους όγκους μέσω της απεικόνισης του μαγνητικού συντονισμού (MRI).

Στην εικόνα δεξιά: Τα σκούρα γκρι νανοσωματίδια μεταφέρουν διαφορετικά φάρμακα (ένα κόκκινο κι ένα πράσινο). Ένας παλμός που δημιουργήθηκε μακριά διάρκειας πέντε λεπτών, ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου χαμηλής ενέργειας, απελευθερώνει το πράσινο φάρμακο αλλά όχι το κόκκινο. Ένας άλλος παλμός ίσης διάρκειας αλλά υψηλής ενέργειας απελευθερώνει το κόκκινο φάρμακο, που είχε δεθεί χρησιμοποιώντας ένα σκέλος του DNA διπλάσιου μήκους (με διπλάσιες βάσεις) από το πράσινο νήμα.

Έχοντας την δυνατότητα να δουν τα συγκεντρωμένα σωματίδια, ένας συνεργάτης του Bhatia, ο Geoff von Maltzahn, υπέβαλε την επόμενη ερώτηση: "Μπορούμε να επικοινωνήσουμε με αυτά;"

Η απάντηση είναι ναι, όπως ανακάλυψε η ομάδα. Το σύστημα που κάνει δυνατή την επικοινωνία αποτελείται από μικροσκοπικά νανοσωματίδια (λίγα δισεκατομμυριοστά του μέτρου σε πάχος) που είναι υπερ-παραμαγνητικά, μια ιδιότητα που τα αναγκάζει να εκπέμψουν θερμότητα όταν εκτίθενται σε ένα μαγνητικό πεδίο. Δεμένα με αυτά τα σωματίδια είναι κάποια ενεργά μόρια, όπως τα θεραπευτικά φάρμακα.

Εκθέτοντας τα σωματίδια σε ένα χαμηλής συχνότητας ηλεκτρομαγνητικό πεδίο αναγκάζει τα νανοσωματίδια να ακτινοβολήσουν θερμότητα που, στη συνέχεια, λειώνει τα νήματα και απελευθερώνει τα φάρμακα. Τα κύματα σε αυτό το μαγνητικό πεδίο έχουν συχνότητες μεταξύ 350 και 400 KHz -- στο ίδιο εύρος με τα ραδιοκύματα. Αυτά τα κύματα διαπερνούν ακίνδυνα το σώμα και θερμαίνουν μόνο τα νανοσωματίδια. Για σύγκριση, τα μικροκύματα, που θα 'μαγειρέψουν' τους ιστούς είναι στην περιοχή των gigahertz, ή 1 εκατομμύριο φορές ισχυρότερα.

Τα νήματα στο σύστημα αποτελούνται από σκέλη του DNA, "που είναι ένα κλασσικό υλικό ευαίσθητο στη θερμότητα," λέει ο von Maltzahn, ένας μεταπτυχιακός σπουδαστής στα Harvard. Δύο σκέλη του DNA συνδέονται μέσω των δεσμών του υδρογόνου που σπάζουν όμως όταν θερμαίνονται. Παρουσία του μαγνητικού πεδίου, η θερμότητα που παράγεται από τα νανοσωματίδια τα σπάζει, αφήνοντας ένα σκέλος συνδεμένο με το σωματίδιο και επιτρέποντας στα άλλα να επιπλεύσουν μακριά με το φορτίο τους.

Ένα πλεονέκτημα με τα νήματα του DNA είναι ότι το σημείο τήξης τους μπορεί να ελεγχθεί. Όσο μακρύτερα είναι τα σκέλη και όσο διαφορετικά κωδικοποιημένα είναι τόσο διαφορετικά ποσά θερμότητας απαιτούν για να σπάσουν. Αυτή η ευαισθησία στη θερμότητα κάνει δυνατό ένα μόνο σωματίδιο να μεταφέρει ταυτόχρονα πολλά διαφορετικά φορτία, που το κάθε ένα θα μπορεί να απελευθερωθεί σε διαφορετικούς χρόνους ή σε διάφορους συνδυασμούς εφαρμόζοντας διαφορετικές συχνότητες ή διάρκεια των ηλεκτρομαγνητικών παλμών.

Για να δοκιμάσουν τα νανοσωματίδια, οι ερευνητές εμφύτευσαν σε ένα ποντίκι έναν όγκο - σαν τζελ - διαποτισμένο με νανοσωματίδια. Τοποθέτησαν ακολούθως το  ποντίκι μέσα σε ένα σωληνοειδές και ενεργοποίησαν το μαγνητικό παλμό. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν ότι χωρίς το παλμό, τα νήματα παραμένουν χωρίς να σπάνε. Με το παλμό, τα νήματα σπάζουν και απελευθερώνουν τα φάρμακα στον περιβάλλοντα ιστό.

Έτσι το πείραμα αυτό είναι η απόδειξη μιας νέας ασφαλούς θεραπείας που μπορεί να ενεροποιηθεί από μακριά. Εντούτοις, χρειάζεται πολλή δουλειά προτού τέτοια θεραπεία να γίνει κλινικά βιώσιμη.

Για να θερμανθεί η περιοχή, παραδείγματος χάριν, θα πρέπει να συγκεντρωθεί μέσα στον όγκο μια κρίσιμη μάζα από τα σωματίδια. Η ομάδα εργάζεται ακόμα για να καταφέρει να εγχύσει ενδοφλεβίως νανοσωματίδια σε ικανοποιητική συγκέντρωση ώστε να επιτύχει αυτήν την κρίσιμη μάζα.

"Ο γενικός στόχος μας είναι να δημιουργήσουμε πολυσύνθετα νανοσωματίδια που να εισχωρήσουν σε έναν όγκο, να συσσωρευτούν, και να προσφέρουν εξατομικεύσιμη - και ενεργοποιημένη από μακριά - παράδοση φαρμάκων στον τόπο της ασθένειας," συμπληρώνει ο Bhatia.