Naukowcy z Uniwersytetu Notre Dame opracowali przełomowe bezprzewodowe urządzenie LED, które można wszczepić w celu leczenia trudno dostępnych nowotworów. To urządzenie, w połączeniu ze światłoczułym barwnikiem, zabija komórki nowotworowe i stymuluje układ odpornościowy do skuteczniejszego zwalczania nowotworu. Wykorzystuje zielone światło, które wyzwala silną odpowiedź immunologiczną i sprzyja śmierci komórek, która zwiększa aktywność immunologiczną. Potencjał urządzenia w zakresie zdalnej aktywacji i monitorowania leczenia stanowi znaczący postęp w leczeniu głęboko osadzonych nowotworów. Badania te są wspierane przez granty STIR uniwersytetu, których celem jest wspieranie interdyscyplinarnych projektów mających wpływ na zdrowie, środowisko i technologię. Źródło: Uniwersytet Notre Dame
Naukowcy z Notre Dame stworzyli wszczepialne bezprzewodowe urządzenie LED, które wykorzystuje światło i specjalny barwnik do zabijania komórek nowotworowych i aktywacji układu odpornościowego, oferując nowe podejście do skutecznego leczenia nowotworów wewnętrznych.
Specyficzne formy światła w połączeniu z lekiem aktywowanym światłem mogą służyć jako skuteczna i nieinwazyjna metoda leczenia nowotworów występujących na skórze lub w jej pobliżu. Jednak nowotwory zlokalizowane głęboko w organizmie – osłonięte tkankami, krwią i kościami – pozostają niedostępne dla terapeutycznych korzyści światła.
Aby światło przynosiło korzyści w przypadku trudniej dostępnych nowotworów, inżynierowie i naukowcy z Uniwersytetu Notre Dame opracowali bezprzewodowe urządzenie LED, które można wszczepić. Urządzenie to w połączeniu ze światłoczułym barwnikiem nie tylko niszczy komórki nowotworowe, ale także mobilizuje reakcję układu odpornościowego ukierunkowaną na nowotwór. Badanie zostało opublikowane w Fotodiagnostyka i Terapia Fotodynamiczna.
Rola jasnego koloru w leczeniu
„Niektóre kolory światła wnikają w tkankę głębiej niż inne” – powiedział Thomas O’Sullivan, profesor nadzwyczajny elektrotechniki i współautor artykułu. „Okazuje się, że ten rodzaj światła – w tym przypadku zielonego – który nie wnika tak głęboko, może wywołać silniejszą reakcję przeciwko komórkom nowotworowym”.
Zanim światło będzie skuteczne w niszczeniu komórek nowotworowych, należy podać do komórek barwnik zawierający cząsteczki pochłaniające światło. Urządzenie włącza się, barwnik zamienia światło w energię, która powoduje, że tlen wytwarzany przez komórki jest toksyczny – w efekcie zwracając komórki nowotworowe przeciwko sobie.
Podczas gdy inne metody leczenia również wykorzystują tlen wytwarzany przez komórki, to urządzenie powoduje szczególnie nieoczekiwaną formę śmierci komórek.
„Współpracując, absolwentka biochemii Hailey Sanders i absolwentka elektrotechniki SungHoon Rho wnikliwie zauważyły, że poddane działaniu komórki puchły, co jest cechą charakterystyczną pewnego rodzaju śmierci komórkowej, piroptozy, która szczególnie dobrze wyzwala odpowiedź immunologiczną” – powiedział Bradley Smith, profesor nauk ścisłych Emila T. Hofmana i współautor artykułu.
„Naszym celem jest wywołanie choćby niewielkiej ilości piroptotycznej śmierci komórek, co następnie pobudzi układ odpornościowy do rozpoczęcia atakowania nowotworu”.
Przyszłe badania i zastosowania
W przyszłych badaniach urządzenie będzie stosowane na myszach w celu sprawdzenia, czy odpowiedź zabijająca nowotwór zainicjowana w jednym guzie skłoni układ odpornościowy do samodzielnego zidentyfikowania i zaatakowania innego guza nowotworowego.
O’Sullivan zauważył, że urządzenie wielkości ziarenka ryżu można wstrzyknąć bezpośrednio w guz nowotworowy i zdalnie aktywować za pomocą anteny zewnętrznej. Celem jest wykorzystanie urządzenia nie tylko do leczenia, ale także do monitorowania odpowiedzi guza, dostosowując w razie potrzeby siłę sygnału i czas.
Odniesienie: „Miniaturowe bezprzewodowe urządzenie LED do piroptozy komórek indukowanej fotodynamicznie” autorstwa Sunghoon Rho, Hailey S. Sanders, Bradley D. Smith i Thomas D. O’Sullivan, 9 maja 2024 r., Fotodiagnostyka i Terapia Fotodynamiczna.
DOI: 10.1016/j.pdpdt.2024.104209
Badanie to było jednym z czterech projektów finansowanych w ramach pierwszych grantów w ramach badań interdyscyplinarnych Seed Transformative Interdyscyplinarne badania (STIR). Dotacje te, zainicjowane w 2023 r. przez Notre Dame College of Science i College of Engineering, mają na celu ożywienie projektów badawczych w dziedzinie nauki i inżynierii w zakresie zdrowia ludzkiego, środowiska i technologii informacyjnych.
