La física cuántica ayuda a provocar la muerte de las células cancerosas

 

La física cuántica ayuda a provocar la muerte de las células cancerosas
Cuando se irradian rayos X sobre el tejido tumoral que contiene nanopartículas portadoras de yodo, el yodo libera electrones que rompen el ADN y matan las células cancerosas. (Imagen: Mindy Takamiya/Kyoto University iCeMS) 

 Las nanopartículas porosas de organosílice que contienen yodo provocan la destrucción de esferoides tumorales tras la irradiación monocromática de rayos X: Roturas de ADN y energía de rayos X en el borde K

 

La muerte de las células cancerosas se desencadena en un plazo de tres días cuando se proyectan rayos X sobre el tejido tumoral que contiene nanopartículas portadoras de yodo. El yodo libera electrones que rompen el ADN del tumor y provocan la muerte de las células. Los hallazgos, realizados por científicos del Instituto de Ciencias Integradas de Materiales Celulares (iCeMS) de la Universidad de Kioto y sus colegas de Japón y Estados Unidos, se publicaron en la revista Scientific Reports ("Iodine containing porous organosilica nanoparticles trigger tumor spheroids destruction upon monochromatic X-ray irradiation: Roturas de ADN y energía de rayos X en el borde K").


"La exposición de un metal a la luz provoca la liberación de electrones, un fenómeno llamado efecto fotoeléctrico. Una explicación de este fenómeno por parte de Albert Einstein en 1905 anunció el nacimiento de la física cuántica", afirma el biólogo molecular del iCeMS Fuyuhiko Tamanoi, que dirigió el estudio. "Nuestra investigación aporta pruebas que sugieren que es posible reproducir este efecto dentro de las células cancerosas". 

Un viejo problema de 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 penetran profundamente en el tejido. La irradiación con rayos X necesita oxígeno para generar el oxígeno reactivo que daña el ADN cuando los rayos golpean las moléculas del interior de la célula.


Tamanoi, junto con Kotaro Matsumoto y sus colegas, han intentado superar este problema encontrando 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 las irradiaba con 50,25 kiloelectrones-voltios de rayos X generados por el sincrotrón.


En el estudio actual, diseñaron nanopartículas de organosílica porosas y portadoras de 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, un tejido en 3D que contiene múltiples células cancerosas. La irradiación de los esferoides durante 30 minutos con 33,2 keV de rayos X provocó su completa destrucción en tres días. Cambiando 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 dirigir la cantidad justa de energía de rayos X sobre el tejido, el yodo liberó electrones, lo que provocó roturas de doble cadena en el ADN nuclear, desencadenando la muerte celular.


"Nuestro estudio representa un importante ejemplo del empleo de un fenómeno de la física cuántica en el interior de una célula cancerosa", afirma Matsumoto. "Parece que se genera una nube de electrones de baja energía cerca del ADN, lo que provoca roturas de doble cadena difíciles de reparar, lo que acaba provocando la muerte celular programada".


El equipo quiere entender a continuación cómo se liberan los electrones de los átomos de yodo cuando se exponen a los rayos X. También están trabajando en colocar el yodo sobre el ADN en lugar de cerca de él para aumentar su eficacia, y en probar las nanopartículas en modelos de cáncer en ratones.

Fuentes, créditos y referencias:


Fuente: Universidad de Kioto, Instituto de Ciencias Integradas de la Célula y los Materiales

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