Wissenschaftler zerstören 99% der Krebszellen im Labor mit vibrierenden Molekülen

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M.A. Dirk de Pol, aktualisiert am 29. Dezember 2023, Lesezeit: 4 Minuten

Wissenschaftler haben im Rahmen einer neuen Studie, deren Ergebnisse in Nature Chemistry veröffentlich wurde, eine neue Methode zur Zerstörung von Krebszellen entdeckt. Durch die Anregung von Aminocyanin-Molekülen mit Licht im nahen Infrarotbereich wurden sie zu synchronen Schwingungen angeregt, die ausreichten, um die Membranen von Krebszellen aufzubrechen.

Um was geht es in der Krebs-Studie?

Aminocyanin-Moleküle werden bereits in der Biobildgebung als synthetische Farbstoffe verwendet. Sie werden üblicherweise in geringen Dosen zum Nachweis von Krebs eingesetzt, bleiben in Wasser stabil und können sich sehr gut an der Außenseite von Zellen anlagern. Das Forscherteam der Rice University, der Texas A&M University und der University of Texas ist der Ansicht, dass der neue Ansatz eine deutliche Verbesserung gegenüber einer anderen Art von krebszerstörenden molekularen Maschinen darstellt, die früher entwickelt wurden, den so genannten Feringa-Maschinen, die ebenfalls in der Lage sind, die Strukturen problematischer Zellen aufzubrechen.

Molekulare Presslufthämmer

Wie der Vibrationsmechanismus funktioniert. (Ciceron Ayala-Orozco et al., Nature Chemistry, 2023)
Wie der Vibrationsmechanismus funktioniert. (Ciceron Ayala-Orozco et al., Nature Chemistry, 2023)

Es handelt sich um eine ganz neue Generation von molekularen Maschinen, die die Forscher als molekulare Presslufthämmer bezeichnen, wie der Chemiker James Tour von der Rice University erklärt.

Diese Maschinen sind in ihrer mechanischen Bewegung mehr als eine Million Mal schneller als die früheren Feringa-Maschinen und können mit Nahinfrarotlicht statt mit sichtbarem Licht aktiviert werden. Die Verwendung von Nahinfrarotlicht ist wichtig, da es den Wissenschaftlern ermöglicht, tiefer in den Körper einzudringen. Krebs in Knochen und Organen könnte möglicherweise behandelt werden, ohne dass eine Operation erforderlich ist, um an das Krebswachstum heranzukommen.

Bei Versuchen mit im Labor gezüchteten Krebszellen erzielte die molekulare Presslufthammer-Methode eine Trefferquote von 99 Prozent bei der Zerstörung der Zellen. Der Ansatz wurde auch an Mäusen mit Melanomtumoren getestet, wobei die Hälfte der Tiere krebsfrei wurde.

Die Struktur und die chemischen Eigenschaften von Aminocyanin-Molekülen sorgen dafür, dass sie auf den richtigen Reiz – zum Beispiel nahes Infrarotlicht – reagieren. Wenn sie in Bewegung sind, bilden die Elektronen im Inneren der Moleküle so genannte Plasmonen, kollektive Schwingungen, die das gesamte Molekül in Bewegung versetzen.

Bedeutung der Studie

„Hervorzuheben ist, dass wir eine weitere Erklärung für die Funktionsweise dieser Moleküle gefunden haben“, sagt der Chemiker Ciceron Ayala-Orozco von der Rice University.

Den Forschern zufolge ist es das erste Mal, dass ein molekulares Plasmon auf diese Weise eingesetzt wird, um ein ganzes Molekül zu erregen und tatsächlich eine mechanische Wirkung zu erzeugen, die ein bestimmtes Ziel erreicht – in diesem Fall das Aufbrechen der Membran von Krebszellen.

Die Plasmonen haben auf der einen Seite einen Arm, der dazu beiträgt, die Moleküle mit der Membran der Krebszellen zu verbinden, während die Vibrationen sie auseinander reißen. Die Forschung steckt noch in den Kinderschuhen, aber die ersten Ergebnisse sind vielversprechend.

Es handelt sich um eine einfache biomechanische Technik, gegen die Krebszellen nur schwer eine Art Blockade entwickeln können. Als nächstes untersuchen die Forscher andere Molekülarten, die auf ähnliche Weise eingesetzt werden können.

Quellen

Ayala-Orozco, C., Galvez-Aranda, D., Corona, A. et al. Molecular jackhammers eradicate cancer cells by vibronic-driven action. Nat. Chem. (2023). https://doi.org/10.1038/s41557-023-01383-y

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