چکش های مولکولی؛ درمان نوین سرطان با نور فروسرخ

این ایده تقریبا حال‌وهوایی سینمایی دارد: ماشین‌هایی بسیار ریز و نامرئی که چنان شدید می‌لرزند که سلول‌های سرطانی را از هم می‌درند. اما پژوهشگران با استفاده از نور و یک رنگ پزشکی آشنا، این تصویر را به واقعیتی آزمایشگاهی تبدیل کرده‌اند.

وقتی مولکول‌ها مثل چکش بادی عمل می‌کنند

در مرکز این پژوهش، مولکول‌های آمینوسیانین قرار دارند؛ رنگ‌های مصنوعی که پیش‌تر در تصویربرداری پزشکی استفاده می‌شدند. وقتی این مولکول‌ها در معرض نور فروسرخ نزدیک قرار می‌گیرند، با سرعتی شگفت‌انگیز، حدود ۴۰ تریلیون چرخه در ثانیه، به‌صورت هماهنگ نوسان می‌کنند. این ارتعاش‌های جمعی که با نام پلاسمون‌های مولکولی شناخته می‌شوند، نیرویی مکانیکی را در سراسر مولکول منتقل می‌کنند. هنگامی که یک آمینوسیانین در غشای سلول سرطانی قرار می‌گیرد، این حرکت آن‌قدر قدرتمند است که می‌تواند غشا را از هم بگسلد.

پژوهشگران نخستین بار در پایان سال ۲۰۲۳ این پدیده چکش مولکولی را در نشریه نیچر کمستری گزارش کردند؛ آزمایش‌هایی که با هدایت گروه‌هایی از دانشگاه رایس، دانشگاه تگزاس ای اند ام و دانشگاه تگزاس انجام شد. در کشت‌های پتری‌دیش، این روش طی چند دقیقه حدود ۹۹ درصد از سلول‌های سرطانی هدف را از بین برد، آن هم حتی با غلظت پایین رنگ. در مدل‌های موشی ملانوما نیز حدود نیمی از حیوانات درمان‌شده عاری از سرطان شدند.

سازوکار عملکرد مکانیسم ارتعاشی. «چکش مولکولی» مولکولی است که در غشای سلول جای می‌گیرد و با تابش نور فروسرخ نزدیک به ارتعاش درمی‌آید. 

چرا نور فروسرخ نزدیک اهمیت دارد

نور فروسرخ نزدیک بهتر از نور مرئی در بافت نفوذ می‌کند و همین ویژگی برای رسیدن به تومورهایی که در اندام‌ها یا استخوان‌ها پنهان شده‌اند، بدون نیاز به برش بافت، اهمیت کلیدی دارد. رنگ‌های آمینوسیانین در آب پایدارند، به‌راحتی به سطح سلول‌ها متصل می‌شوند و سابقه استفاده ایمن در دوزهای تصویربرداری پزشکی دارند. تحت تابش مناسب، الکترون‌های موجود در سراسر رنگ به شکل پلاسمون هماهنگ می‌شوند. این پلاسمون‌ها مانند یک موتور داخلی عمل می‌کنند و انرژی نور را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کنند؛ حرکتی که می‌تواند پوسته بیرونی سلول را مختل و تخریب کند.

این شیوه عملکرد مکانیکی اهمیت زیادی دارد، زیرا از یکی از مشکلات رایج در انکولوژی، یعنی مقاومت درمانی، عبور می‌کند. برخلاف داروهای شیمیایی که مسیرهای زیست‌شیمیایی را هدف می‌گیرند و می‌توانند به انتخاب سلول‌های مقاوم منجر شوند، پاره شدن فیزیکی غشا چیزی نیست که سلول بتواند به‌سادگی از راه جهش با آن سازگار شود.

ساختار یک مولکول آمینوسیانین، به‌عنوان چکش مولکولی، که روی پلاسمون مولکولی محاسبه‌شده قرار داده شده است.

از اثبات مفهوم تا خانواده‌ای رو‌به‌رشد از ابزارها

پس از مقاله اولیه، همان گروه پژوهشی این مفهوم را گسترش داد. مطالعه‌ای که در اواخر سال ۲۰۲۴ در نشریه ادونسد ساینس منتشر شد، چندین گونه از چکش‌های مولکولی را فهرست کرد که برای طول موج‌ها و الگوهای اتصال متفاوت تنظیم شده بودند. برخی نسخه‌ها طوری مهندسی شده‌اند که با تغییر شیمی رنگ، انواع خاصی از سرطان را هدف بگیرند و به محیط‌های مشخصی از غشا تمایل بیشتری نشان دهند.

کارهای اولیه دو نشانه امیدوارکننده از نظر ایمنی نشان می‌دهد. نخست اینکه رنگ‌های فعال‌نشده در دوزهای پایین به‌سرعت توسط سلول‌های سالم درونی‌سازی و پاک‌سازی می‌شوند. دوم اینکه چون فعال‌سازی به تابش بیرونی نور فروسرخ نزدیک نیاز دارد، پزشکان می‌توانند اثر تخریبی را به ناحیه‌ای انتخاب‌شده محدود کنند. این ویژگی‌ها مسیر بالقوه‌ای به سوی پروفایل ایمنی قابل قبول نشان می‌دهند، هرچند انجام آزمایش‌های گسترده سم‌شناسی و کارآزمایی‌های بالینی همچنان ضروری است.

سیسرون آیالا-اوروزکو، شیمی‌دان دانشگاه رایس، هنگام توضیح گزارش نیچر کمستری گفت: «این مطالعه راهی متفاوت برای درمان سرطان را بررسی می‌کند؛ راهی که از نیروهای مکانیکی در مقیاس مولکولی بهره می‌گیرد.» جیمز تور، نویسنده همکار، این مولکول‌های تازه را جهشی مهم در مقایسه با موتورهای مولکولی پیشین از نوع فرینگا توصیف کرد و یادآور شد که آن‌ها میلیون‌ها برابر سریع‌تر عمل می‌کنند و به‌جای نور مرئی می‌توانند با نور فروسرخ نزدیک به حرکت درآیند.

دیدگاه کارشناس

دکتر مارینا باورز، مهندس زیست‌پزشکی فرضی با تجربه در درمان‌های هدفمند، می‌گوید: «جذابیت این روش هم عملی است و هم مفهومی. از نظر عملی، با رنگی سروکار داریم که پزشکان از پیش می‌دانند چگونه آن را به بدن برسانند و با روشی برای فعال‌سازی روبه‌رو هستیم که می‌تواند متمرکز شود. از نظر مفهومی، جابه‌جایی از شیمی به مکانیک، میدان تازه‌ای در برابر سرطان می‌گشاید. با این حال، گذر از کشت سلولی و موش به انسان با چالش‌هایی در دوزدهی، رساندن نور به تومورهای عمیق و آزمون‌های سخت‌گیرانه ایمنی همراه است.»

چالش‌ها و گام‌های بعدی

پیش از هرگونه کاربرد انسانی، چند شکاف فنی همچنان باقی است. رساندن یکنواخت نور فروسرخ نزدیک به تومورهای عمیق یا با شکل نامنظم کار ساده‌ای نیست؛ ممکن است به فیبرهای آندوسکوپی، ال‌ای‌دی‌های کاشتنی یا لیزرهای پالسی نیاز باشد. مطالعات توزیع زیستی باید تأیید کنند که رنگ‌ها در بافت‌های حساس تجمع پیدا نمی‌کنند و مطالعات سمیت بلندمدت نیز باید کامل شوند.

موضوع انتخاب‌پذیری نیز مطرح است. حتی اگر رنگ به‌سرعت از سلول‌های سالم پاک شود، اطمینان از اینکه به اندازه کافی روی سلول‌های بدخیم متمرکز می‌شود تا از آسیب جانبی جلوگیری کند، یک دغدغه محوری خواهد بود. پژوهشگران از هم‌اکنون به دنبال برچسب‌های مولکولی و فرمولاسیون‌هایی هستند که هدف‌گیری تومور را بهبود دهند و در عین حال عملکرد مکانیکی را حفظ کنند.

جمع‌بندی

چکش‌های مولکولی مسیری تازه و بحث‌برانگیز در درمان سرطان معرفی می‌کنند: به‌جای مسموم کردن یا پرتودهی بافت بدخیم، این رویکرد از نیروی مکانیکی نورمحور در سطح مولکولی برای نابودی فیزیکی غشای سلولی استفاده می‌کند. نتایج اولیه در مطالعات آزمایشگاهی و حیوانی چشمگیر است، اما تبدیل این ظرفیت به درمانی ایمن و مؤثر برای انسان به مهندسی دقیق، کارهای پیش‌بالینی جامع و کارآزمایی‌های بالینی نیاز دارد. با این حال، این ایده که یک رنگ ساده تصویربرداری پزشکی بتواند به‌عنوان ابزاری نانومقیاس و فعال‌شونده با نور بازطراحی شود، گزینه‌ای جذاب به جعبه‌ابزار آینده انکولوژی و درمان سرطان اضافه می‌کند.