Ultradźwięki zmiękczają guzy i leczą raka bez uszkodzeń zdrowych tkanek
Shane Curry Mikroskopijny obraz cząstek reagujących na dźwięk, badanych przez naukowców. Newswise — Rak jest jedną z głównych przyczyn zgonów w Stanach Zjednoczonych, ustępując jedynie chorobom serca. Jednak nowa metoda leczenia raka opracowana przez badaczy z CU Boulder wykorzystuje fale dźwiękowe do zmiękczania guzów i mogłaby stać się potężnym narzędziem w walce z tą chorobą. Chemioterapia może pomóc w leczeniu wielu rodzajów raka. Leki chemioterapeutyczne mają na celu zakłócenie lub zniszczenie komórek nowotworowych, które mają tendencję do szybkiego wzrostu i podziałów. Jednak nie zawsze działają, częściowo dlatego, że tkanka guza może być tak gęsta, że leki nie przenikają do wewnętrznych warstw komórek. Leki chemioterapeutyczne mogą również uszkadzać zdrowe komórki i powodować nieprzyjemne skutki uboczne. W nowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie ACS Applied Nano Materials zespół badaczy kierowany przez byłego studenta inżynierii CU Boulder, Shane’a Curry’ego, użył dwóch narzędzi do zmiękczania guzów. Połączyli fale ultradźwiękowe o wysokiej częstotliwości z rodzajem cząstek reagujących na dźwięk, aby zmniejszyć zawartość białek w guzach. Andrew Goodwin, starszy autor badania i profesor nadzwyczajny w Katedrze Inżynierii Chemicznej i Biologicznej na CU Boulder, powiedział, że zmiękczanie guzów w ten sposób mogłoby zwiększyć skuteczność chemioterapii. „Guzy są trochę jak miasto. Przecinają je autostrady, ale układ nie jest zbyt dobry, więc ciężko się przez nie przedostać” — powiedział. „Czy są sposoby na ulepszenie tych linii transportu, aby leki mogły wykonać swoją pracę?” Ultradźwięki mogą również leczyć raka, rozbijając tkankę guza, ale podobnie jak chemioterapia, fale dźwiękowe mogą również uszkadzać zdrowe tkanki i zaburzać naczynia krwionośne. Mogą także zwiększać ryzyko metastazy, czyli przerzutu, do innej części ciała. Aby rozwiązać ten problem, Goodwin i jego zespół badawczy opracowali rodzaj mikroskopijnych cząstek, które drgają i pulsują w odpowiedzi na fale dźwiękowe. Wysokoczęstotliwościowe fale ultradźwiękowe sprawiają, że cząstki drgają tak szybko, że odparowują wodę otaczającą je, tworząc malutkie bańki — proces nazywany kawitacją. Te cząstki, których średnica wynosi około 100 nanometrów, są wykonane z krzemionki i pokryte warstwą cząsteczek tłuszczowych. W nowym badaniu badacze dodali te cząstki do kultur guzów zarówno w 2D, jak i 3D. Gdy zastosowali ultradźwięki, cząstki zmieniły strukturę obu kultur guzów, ale w nieco odmienny sposób. W kulturach 2D, które składały się z warstwy komórek hodowanych na plastikowym naczyniu, cząstki zniszczyły tkankę guza. Natomiast w kulturach 3D, które były bardziej realistyczne, cząstki po prostu zredukowały ilość pewnych białek otaczających komórki guza, co sprawiło, że tkanka była miększa. To, że komórki w kulturze 3D nie uległy rozpadowi, to dobra wiadomość — powiedział Goodwin. Oznacza to, że leczenie zmiękczyło, ale nie zniszczyło tkanki guza, więc jest również mniej prawdopodobne, że uszkodzi zdrową tkankę. Pozostające sekcje opisujące perspektywy i przyszłe zastosowania w kolejnych częściach.
Perspektywy na przyszłość dla tej metody leczenia
Goodwin uważa, że tego typu leczenie nowotworów sprawdziłoby się dobrze w przypadku raka prostaty, pęcherza moczowego, jajnika, piersi i innych nowotworów, które mają guzy zlokalizowane w konkretnej części ciała. Inne nowotwory, takie jak te dotykające krew i kości, mogą być bardziej rozproszone i trudniejsze do leczenia w ten sposób. Obecnie Goodwin i jego zespół używają podobnych cząstek reagujących na dźwięk do leczenia guzów u myszy, ale ostatecznie badacze mają nadzieję podawać cząstki wewnątrz ludzkiego ciała. Goodwin uważa, że możliwe byłoby przytwierdzenie cząstek do przeciwciał — białek układu odpornościowego, które wiążą się z bakteriami, wirusami i innymi intruzami — a następnie dodanie tych przeciwciał do krwiobiegu, skąd mogłyby podróżować do guza. Gdy cząstki dotrą, badacze mogliby zastosować ultradźwięki i przetestować leczenie. Chociaż ten dzień może jeszcze nastąpić, Goodwin powiedział, że jest podekscytowany możliwościami, które to leczenie mogłoby otworzyć. „Technologia ukierunkowanego ultradźwięku przeszła w ostatniej dekadzie naprawdę długą drogę,” powiedział. „Mam nadzieję, że cząstki, które tworzymy w laboratorium, zaczną łączyć się z technologiami akustycznymi, obrazowania i terapii, które są częścią reżimu klinicznego.”
Podsumowanie i droga do kliniki
Podsumowanie: badania sugerują, że wprowadzenie cząstek reagujących na dźwięk do terapii ultradźwiękami może zmiękczać tkankę guza, ułatwiając dostarczanie leków o wysokiej intensywności bez nadmiernego uszkodzenia zdrowych tkanek. Na razie testy prowadzone są w warunkach laboratoryjnych oraz na modelach zwierzęcych; celem jest przeniesienie ich do zastosowań klinicznych. Badania wykonane przez zespół Andrew Goodwina i Shane’a Curry’ego zostały opublikowane w ACS Applied Nano Materials. Credit: Shane Curry; Credit: Andrew Goodwin.
