"Воздействие света на металл приводит к высвобождению электронов, и это явление называется фотоэлектрическим эффектом. Объяснение этого явления Альбертом Эйнштейном в 1905 году ознаменовало рождение квантовой физики », – говорит молекулярный биолог iCeMS Фуюхико Таманой, руководивший исследованием. "Наше исследование предоставляет доказательства того, что можно воспроизвести этот эффект внутри раковых клеток."
Давняя проблема лучевой терапии рака заключается в том, что она неэффективна в очагах опухолей, где уровень кислорода низкий из-за отсутствия кровеносных сосудов, глубоко проникающих в ткани.
Для рентгеновского облучения кислород необходим для генерации реактивного кислорода, повреждающего ДНК, когда лучи поражают молекулы внутри клетки.
Таманои вместе с Котаро Мацумото и его коллегами пытались решить эту проблему, найдя более прямые способы повредить ДНК рака.
В более ранней работе они показали, что наночастицы, содержащие гадолиний, могут убивать раковые клетки при облучении 50.25 килоэлектронвольт рентгеновского излучения, генерируемого синхротроном.
В текущем исследовании они разработали пористые, содержащие йод кремнийорганические наночастицы. Йод дешевле гадолиния и высвобождает электроны с более низким уровнем энергии.
Исследователи рассредоточили свои наночастицы через опухолевые сфероиды, трехмерную ткань, содержащую множество раковых клеток. Облучение сфероидов в течение 30 минут 33.Рентгеновское излучение мощностью 2 кэВ привело к их полному разрушению за три дня. Систематически изменяя уровни энергии, они смогли продемонстрировать, что оптимальный эффект разрушения опухоли достигается при 33.Рентгеновское излучение 2 кэВ.
Дальнейшие анализы показали, что наночастицы были захвачены опухолевыми клетками, локализовавшись вне их ядер.
Освещение ткани нужным количеством рентгеновской энергии побуждает йод высвобождать электроны, которые затем вызывают двухцепочечные разрывы в ядерной ДНК, вызывая гибель клетки.
«Наше исследование представляет собой важный пример использования феномена квантовой физики внутри раковой клетки», – говорит Мацумото. "Похоже, что облако низкоэнергетических электронов генерируется рядом с ДНК, вызывая двухцепочечные разрывы, которые трудно восстановить, что в конечном итоге приводит к запрограммированной гибели клеток."
Затем команда хочет понять, как электроны высвобождаются из атомов йода, когда они подвергаются воздействию рентгеновских лучей.
Они также работают над размещением йода на ДНК, а не рядом с ней, чтобы повысить эффективность и протестировать наночастицы на мышиных моделях рака.
Ключевыми участниками этой работы являются Юя Хигаси (iCeMS), Хироюки Сайто (QST) и Тошики Таджима (Калифорнийский университет в Ирвине, департамент. физики и астрономии) в дополнение к Таманои и Мацумото.