La física cuántica ayuda a destruir las células cancerosas

La muerte de las células cancerosas se desencadena en tres días cuando rayos X se proyectan sobre el tejido tumoral que contiene nanopartículas que transportan yodo.

El yodo libera electrones que rompen el ADN del tumor y provocan la muerte celular.

Los hallazgos, realizados por científicos del Instituto de Ciencias Integradas del Material Celular (iCeMS) de la Universidad de Kioto y colegas en Japón y Estados Unidos, fueron publicados en la revista Scientific Reports.

“La exposición de un metal a la luz provoca la liberación de electrones, un fenómeno llamado efecto fotoeléctrico.

Una explicación de este fenómeno por Albert Einstein en 1905 anunció el nacimiento de la física cuántica”, dice el biólogo molecular de iCeMS Fuyuhiko Tamanoi, quien dirigió el estudio.

“Nuestra investigación proporciona evidencia que sugiere que es posible reproducir este efecto dentro de las células cancerosas“.

Un problema de larga data con la radioterapia contra el cáncer es que no es eficaz en el centro de los tumores, donde los niveles de oxígeno son bajos debido a la falta de vasos sanguíneos que penetren profundamente en el tejido.

La irradiación de rayos X necesita oxígeno para generar oxígeno reactivo que daña el ADN cuando los rayos golpean las moléculas dentro de la célula.

Tamanoi, junto con Kotaro Matsumoto y sus colegas, han estado tratando de superar este problema al encontrar formas más directas de dañar el ADN del cáncer.

En un trabajo anterior, demostraron que las nanopartículas cargadas de gadolinio podían matar las células cancerosas cuando se irradiaban con 50,25 kiloelectrones voltios de rayos X generados por sincrotrón.

En el estudio actual, diseñaron nanopartículas de organosílice porosas que transportan yodo.

El yodo es más barato que el gadolinio y libera electrones a niveles de energía más bajos.

Los investigadores dispersaron sus nanopartículas a través de esferoides tumorales, tejido 3D que contiene múltiples células cancerosas.

La irradiación de los esferoides durante 30 minutos con 33,2 keV de rayos X condujo a su completa destrucción en tres días.

Al cambiar sistemáticamente los niveles de energía, pudieron demostrar que el efecto óptimo de destrucción del tumor se produce con rayos X de 33,2 keV.

Otros análisis mostraron que las nanopartículas fueron absorbidas por las células tumorales, localizándose justo fuera de sus núcleos.

Al hacer brillar la cantidad justa de energía de rayos X sobre el tejido, el yodo liberó electrones, que luego causaron roturas de doble hebra en el ADN nuclear, lo que provocó la muerte celular.

“Nuestro estudio representa un ejemplo importante del empleo de un fenómeno de la física cuántica dentro de una célula cancerosa”, dice Matsumoto.

“Parece que se genera una nube de electrones de baja energía cerca del ADN, lo que provoca roturas de doble hebra que son difíciles de reparar y que eventualmente conducen a la muerte celular programada”.

A continuación, el equipo quiere comprender cómo se liberan los electrones de los átomos de yodo cuando se exponen a los rayos X.

También están trabajando para colocar yodo en el ADN en lugar de cerca de él para aumentar la eficacia y para probar las nanopartículas en modelos de cáncer en ratones.

Fuente: Scientific Reports