211service.com
Nanovåben Deltag i kampen mod kræft
Forestil dig at blive behandlet for kræft med et par besøg hos din læge. Han giver dig blot en indsprøjtning og et par uger senere kører han infrarødt lys over din krop for at aktivere kræftdræbende midler og fjerne tumoren. Lyder det som en Ray Bradbury-roman? Fortæl det ikke til Naomi Halas. Hun er Stanley C. Moore-professor i elektro- og computerteknik og professor i kemi ved Rice University, og hun har mere end forestillet sig det - hun har udviklet processen siden 1997, hvor hun opfandt små partikler med et enormt terapeutisk potentiale. Hun kalder dem nanoskaller.
Nanoskaller er mikroskopiske koncentriske kugler med silicakerner og guldskaller. Guld giver Halas den termiske og optiske respons, hendes behandlingsproces kræver, og kroppen genererer ingen antistoffer mod det. Ved at variere størrelsen af silicakernen og tykkelsen af guldet fandt Halas ud af, at hun kunne tune nanoskallerne til at absorbere lys af forskellige bølgelængder. Til kræftbehandling, siger hun, viste infrarød sig bedst, fordi den trænger længst ind i kroppen.
I eksperimenter sprøjtes nanoskaller ind i et dyrs blodbane, hvor målrettede midler, der påføres dem, opsøger og binder sig til overfladereceptorerne af kræftceller. Belysning med infrarødt lys hæver cellernes temperatur til 55 grader celsius og brænder tumoren væk, siger hun.
Halas fokuserer sin forskning på brystkræft. Hun håber, at nanoskaller vil vise sig at være et levedygtigt alternativ til kemoterapi, som dræber både sunde og syge celler, hvilket resulterer i bivirkninger som træthed og hårtab. Nanoskaller dræber derimod kun kræftceller.
Nanoskaller er blot en af flere spændende kræftdiagnose- og behandlingsmuligheder, som nanoteknologi muliggør. Miqin Zhang, en materialeforsker ved University of Washington i Seattle, bruger sit eget mærke af nanopartikler til ikke-invasivt at diagnosticere og behandle hjernetumorer. Hun kalder sine kreationer for smarte superparamagnetiske nanopartikelkonjugater. Når de injiceres i blodbanen, målretter disse partikler tumorens cellereceptorer med midler kendt som ligander.
Zhangs nanopartikler er lavet af jernoxid, som bliver særligt magnetisk, når de placeres i et magnetfelt som dem, der bruges til magnetisk resonansbilleddannelse. Partiklerne forstærker derfor signalet, som tumorer udsender under en MR-scanning, hvilket gør dem nemmere at lokalisere på tidligere udviklingsstadier. Men nanopartikler skal cirkulere længe nok til at lokalisere tumorceller. Zhang fandt i tidlige forsøg, at de hurtigt blev angrebet og neutraliseret af antistoffer kaldet mikrofager. Så hun modificerede dem med en polymerbelægning, der modstår mikrofager. Når nanopartiklerne finder tumorer, frigiver de et vedhæftet lægemiddel kaldet methotrexat, som dræber cellen.
Nanopartiklerne, som er mindre end 20 nanometer i diameter, skal forblive adskilt fra andre for at kunne udføre deres arbejde. Aggregerede nanopartikler bliver giftige for sundt væv, forklarer Zhang. Partiklernes lille størrelse og deres evne til at gennemtrænge væv lader dem passere gennem det, der er kendt som blod-hjerne-barrieren og nå hjernetumorer. Zhang siger, at dette er nøglen, fordi 98 procent af kræftmedicinen ikke kan gøre det.
Zhangs kombination af komplementære kemikalier overflødiggør behovet for biopsier ved diagnose og operationer i behandling og hjælper med tidlig kræftopdagelse. Men ifølge Mauro Ferrari, professor i biomedicinsk ingeniørvidenskab ved Ohio State University og specialist i biomedicinske anvendelser af nanoteknologi, kan Zhangs arbejde også hjælpe os til bedre at se de anatomiske konturer af kræft. Og ifølge Zhang kan lægerne ved at bestemme konturerne af en tumor vurdere, hvorvidt en kræftbehandling er effektiv hos mennesker i løbet af få dage i stedet for den nuværende standard på tre måneder.
Zhangs forskning giver os også information om kræftmolekylært udtryk og dets tidsudvikling, tilføjer Ferrari. Et afgørende problem i kræftforskningen, forklarer han, er, at kræftcellernes receptorer på forskellige udviklingsstadier har forskelligt molekylært udtryk; det er grunden til, at kræftceller i tidlige stadier let kan optage et effektivt lægemiddel; med kræftceller på et senere stadie kan optagelsen af lægemidlet muligvis ikke lykkes. Zhangs forskning, siger han, kan hjælpe os med at få de rigtige stoffer til de rigtige mennesker på det rigtige tidspunkt.
Nanoteknologi leverer også nye instrumenter til at undersøge kræft, hvilket potentielt giver ny indsigt. Adam T. Woolley, en assisterende professor i kemi og biokemi ved Brigham Young University, har skabt en metode til at undersøge mutationer i DNA for at bestemme en persons genetiske disposition for at udvikle kræft. Han bruger en teknik kaldet atomkraftmikroskopi (AFM), en variation på nanoskala af gamle pladespillere - men med en nålespids kun omkring 10 nanometer på tværs. Woolley afsætter først DNA-molekyler på silicium eller glimmer, hvis overflader er så flade, at DNA'et stikker ud over dem. Derefter, forklarer han, bruger han AFM til at undersøge topografien af DNA'et for at lokalisere positionerne af mutationer i det.
Forskellen i størrelse mellem de native og muterede sekvenser af DNA er ekstremt lille - omkring en tiendedel af en nanometer - hvilket er på grænsen af, hvad AFM kan se, siger Woolley. Så han bruger guldnanopartikler på omkring 10 nanometer til at markere mutationernes positioner - på denne måde kan AFM let se dem. Ved at undersøge DNA'et på dette niveau lader Woolley identificere, om der opstår en dobbeltmutation, som kan udgøre en større genetisk kræftrisiko end en enkelt. Konventionelle teknikker til at se på kromosomer kan ikke bestemme sådan information. Woolleys arbejde har et stort diagnostisk potentiale, siger Ferrari; At identificere de genetiske markører for kræft kan tillade forebyggelse, før den første tumorcelle nogensinde dannes.
På grund af dens praktiske implikationer for kampen mod kræft, har sådan forskning fanget opmærksomheden fra det videnskabelige samfund som helhed. Robert S. Langer, Kenneth J. Germeshausen-professoren i kemi- og biomedicinsk teknik ved MIT, er særligt imponeret over Halas' nanoskaller. De er et meget flot eksempel på at anvende materialevidenskab på vigtige medicinske problemer, siger han, og de har en masse spændende potentiale. Rick Kenyon, programleder ved brystkræftforskningsprogrammet i Forsvarsministeriet, finansierer Halas' forskning, fordi han siger, nanoskaller giver mulighed for tidligere påvisning og tidligere ødelæggelse af kræftceller - hvilket er præcis, hvad alle i kræftområdet leder efter. til.