9 دقیقه
درمان فوتوترمال جدید مبتنی بر LED به‌طور انتخابی سلولهای سرطانی را از بین می‌برد
دانشگاه تگزاس در آستین و دانشگاه پورتو گزارش داده‌اند که یک روش امیدبخش نوری برای درمان سرطان توسعه یافته که می‌تواند سلولهای توموری را بهصورت انتخابی از بین ببرد و بافت سالم را حفظ کند. این روش ترکیبی از تابش LED در محدوده نزدیک به فروسرخ (NIR) و ساختارهای ریز اکسید قلع است—که به‌عنوان نانوفلیکهای SnOx شناخته می‌شوند—تا گرمایش موضعی تولید کند که موجب کشته شدن سلولهای سرطانی میشود. پژوهشگران یک سامانه گرمایشی سفارشی LED طراحی کردند تا نانوفلیکها را فعال کند و زنده‌مانی سلول‌ها را تحت نظر گرفتند: رنگ سبز نشان‌دهنده سلولهای زنده و رنگ قرمز نشان‌دهنده سلول‌هایی است که توسط درمان فوتوترمال نابود شدهاند. در آزمایشگاه، این سامانه امکان کنترل شدت و زمان تابش را فراهم می‌کند و داده‌های کمی و کیفی برای ارزیابی کارایی فوتوترمال و سمیت سلولی تولید می‌کند.
سیستم گرمایش LED نزدیک به فروسرخ طراحی‌شده توسط پژوهشگران، نانوفلیکهای SnOx را فعال می‌کند؛ این نانومواد با جذب نور NIR آن را به گرما تبدیل میکنند و بهصورت موضعی سلولهای سرطانی را نابود می‌سازند (سبز: سلولهای زنده؛ قرمز: سلول‌هایی که توسط درمان فوتوترمال کشته شدهاند). این روش از طریق گرم کردن کنترل‌شده موضعی، می‌تواند دمای موضعی را تا حدی افزایش دهد که موجب دناتوره شدن پروتئینها، اختلال غشایی و مرگ سلولی شود، در حالی که بافت سالم اطراف کمتر آسیب می‌بیند. در سطح عملیاتی، امکان تنظیم طول موج، شدت و زمان تابش وجود دارد که برای بهینهسازی پاسخ درمانی و حداقل‌سازی سمیت حیاتی است.
این رویکرد چند محدودیت درمان فوتوترمال سنتی مبتنی بر لیزر یا مواد گران‌قیمت را رفع می‌کند. با استفاده از LEDهای کم‌هزینه و نانومواد مبتنی بر قلع، تیم پژوهشی می‌گوید که این روش می‌تواند هزینه درمان را کاهش دهد، نیاز به زیرساخت‌های بالینی تخصصی را کم کند و خطر آسیب رساندن به بافت سالم مجاور را در طول درمان کاهش دهد. همچنین طراحی ماژولار و ساده دستگاههای LED می‌تواند نگهداری و آموزش پرسنل را تسهیل کند و به مقیاس‌پذیری تولید در سطح صنعتی کمک کند. علاوه بر این، استفاده از مواد با قابلیت تولید انبوه و کنترل کیفیت ساده‌تر می‌تواند سرعت انتقال از مرحله پژوهشی به تولید صنعتی را افزایش دهد.
نتایج مطالعه: اثربخشی بالا در برابر سلولهای سرطان پوست
در مقاله‌ای که در نشریه مرجع و بررسی‌شده ACS Nano منتشر شده، روش جدید در آزمایش‌های آزمایشگاهی اثرات سیتوتوکسیک قوی و سریعی را نشان داد. پس از ۳۰ دقیقه تابش LED، این درمان تا ۹۲٪ از سلولهای سرطان پوست را در شرایط آزمایشگاهی از بین برد و حدود ۵۰٪ از سلولهای سرطان روده بزرگ را در محیط in vitro کاهش داد. به‌طور مهمی، همان میزان تابش در شرایط مطالعه هیچ آسیب قابل‌تشخیصی به سلولهای سالم پوست انسان وارد نکرد، که نشان‌دهنده انتخاب‌پذیری بالای این روش است. این نتایج با استفاده از آزمون‌های زنده/مرده، معیارهای زنده‌مانی و تصویربرداری فلورسنت مستندسازی شد و داده‌ها نشانگر اختلاف معنی‌دار بین سلولهای توموری و سلولهای سالم در پاسخ به گرمایش موضعی هستند. این گزارش شامل داده‌های کمی درباره دماهای محلی، شدت تابش و زمان‌های بحرانی بود که به طراحی پارامترهای درمانی آینده کمک می‌کند.
ژان آن اینکوریا، عضو هیئت علمی مدرسه مهندسی Cockrell، هدف تیم را چنین خلاصه کرد: "هدف ما ایجاد درمانی است که نه تنها مؤثر باشد، بلکه ایمن و در دسترس نیز باشد. با ترکیب نور LED و نانوفلیکهای SnOx، روشی توسعه داده‌ایم که می‌تواند به‌طور دقیق سلولهای سرطانی را هدف‌گیری کند و در عین حال سلولهای سالم را بدون آسیب رها سازد." آرتور پینتو از دانشگاه پورتو بر دسترسی‌پذیری و گامهای بعدی تأکید کرد: "هدف نهایی ما این است که این فناوری را در دسترس بیماران در سراسر جهان قرار دهیم، به‌ویژه در مناطقی که دسترسی به تجهیزات تخصصی محدود است، با عوارض جانبی کمتر و هزینه پایین‌تر. برای سرطان‌های پوستی به‌ویژه، ما چشم‌انداز این را داریم که روزی درمان از بیمارستان به منزل بیمار منتقل شود. یک دستگاه قابلحمل می‌تواند پس از جراحی روی پوست قرار گیرد تا هر سلول سرطانی باقی‌مانده را تابش کند و از بازگشت بیماری جلوگیری نماید." این اظهارات بازتاب تمرکز محققان بر تبدیل فناوری از اثبات مفهوم آزمایشگاهی به دستگاههای قابل‌استفاده بالینی است و نشانگر برنامه‌ریزی برای مطالعات بالینی آینده و طراحی دستگاههای کاربرپسند و مقرون‌به‌صرفه است. همچنین تیم روی روش‌های نشانه‌گذاری و هدف‌گیری نانوفلیکها کار می‌کند تا اثر درمانی روی تومور افزایش و سمیت سیستمیک کاهش یابد.
پیش‌زمینه علمی و مکانیسم اثر
درمان فوتوترمال از نور جذب‌شده برای افزایش دمای سلولهای هدف استفاده می‌کند و منجر به دناتوره شدن پروتئینها، اختلال در غشا و مرگ سلولی میشود. طول موج‌های نزدیک به فروسرخ (NIR) ترجیح داده می‌شوند زیرا نسبت به نور مرئی نفوذ بیشتری در بافت دارند و امکان گرم کردن ساختارهای عمقی‌تر و هدف‌گیری دقیق‌تر را فراهم می‌آورند. در این کار، نانوفلیکهای SnOx به‌عنوان عامل فوتوترمال عمل میکنند: آن‌ها نور NIR منتشرشده توسط LEDها را جذب میکنند، آن را به گرما تبدیل میکنند و در نقاطی که نانومواد به سلولهای سرطانی متصل شدهاند، آسیب حرارتی موضعی ایجاد میکنند. در مقایسه با عامل‌های فوتوترمال فلزی، ساختارهای نانویی اکسید قلع می‌توانند هزینه کمتری داشته باشند و پروفایل زیست‌سازگاری و فعال‌سازی متفاوتی ارائه دهند که در برخی زمینه‌ها مزیت به‌حساب می‌آید.
از دیدگاه فنی، تبدیل کارآمد نور به گرما توسط نانوفلیکها به مشخصات اپتیکی و هندسه نانوساختار بستگی دارد؛ عواملی مانند اندازه، شکل، غلظت و پوشش سطحی می‌توانند دما و پخش حرارتی را تغییر دهند. همچنین، اتصال هدفمند نانوفلیکها به مولکول‌های سطحی سلولهای توموری یا استفاده از نشانه‌گذاری‌های زیستی می‌تواند انتخاب‌پذیری درمان را افزایش دهد. مطالعات اولیه نشان میدهد که دماهای محلی بالاتر از آستانه‌های حرارتی مشخص می‌توانند در محدوده زمانی کوتاه باعث مرگ سلولی شوند بدون اینکه گرمای منتشرشده به بافت سالم اطراف برسد. علاوه بر این، طراحی پوشش‌های پلیمر یا آلی برای نانوفلیکها می‌تواند کارایی زیستی و توزیع زیستی (biodistribution) آن‌ها را بهبود دهد و پاک‌سازی بیولوژیک را تسهیل کند.
مزایا نسبت به سیستم‌های مبتنی بر لیزر
- هزینه تجهیزات کمتر: LEDها ارزانتر و مستحکم‌تر از لیزرهای پزشکی هستند و باعث کاهش هزینه‌های سرمایه‌ای و عملیاتی می‌شوند.
- عملیات ایمن‌تر: آرایه‌های LED انرژی متمرکز کمتری منتشر میکنند که احتمال آسیب بافتی ثانویه را کاهش میدهد و نیاز به اپراتورهای تخصصی بسیار ماهر را کم می‌کند.
- قابلیت حمل بالاتر: دستگاههای LED قابل تغذیه با باتری می‌توانند امکان درمان در خارج از کلینیک‌های تخصصی را فراهم کنند و دسترسی به درمان را در مناطق کم‌منبع افزایش دهند.
پیامدها و مراحل بعدی
نتایج گزارش‌شده in vitro دلگرم‌کننده اما مقدماتی هستند. مراحل کلیدی بعدی شامل مطالعات دقیق ایمنی و توزیع زیستی (biodistribution) در مدلهای حیوانی، بهینهسازی فرمولاسیون نانوفلیک برای انواع مختلف تومورها، و مهندسی اپلیکاتورهای LED در سطح بالینی است. تیم پژوهشی برنامه‌ریزی کرده است تا واکنش‌های فوتوترمال را دقیق‌تر مشخص کند، مواد کاتالیست جایگزین را آزمایش نماید و نمونه‌های اولیه‌ای تولید کند که برای مطالعات بالینی مناسب باشند. علاوه بر این، نیاز است تا ارزیابی‌های سمشناسی بلندمدت، شناسایی مسیرهای پاک‌سازی نانومواد، و تحلیل ریسک/فایده بالینی انجام شود. همراه با این مراحل، بررسی‌های مهندسی برای استانداردسازی تولید نانوفلیکها، کنترل کیفیت و مقیاس‌پذیری تولید نیز ضروری است.
در صورتی که این روش در مطالعات زنده (in vivo) و کارآزماییهای بالینی تایید شود، درمان فوتوترمال فعال‌شده با LED و نانوفلیکهای SnOx می‌تواند دسترسی به درمان‌های غیرتهاجمی سرطان را گسترش دهد، وابستگی به شیمی‌درمانی سیستمیک را کاهش دهد و به‌عنوان و مکمل بعد از برداشتن جراحی تومور برای کاهش خطر بازگشت بیماری مورد استفاده قرار گیرد. از دیدگاه بهداشت عمومی، این فناوری می‌تواند گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه و کم‌خطر برای درمان تومورهای سطحی مانند سرطان پوست فراهم آورد و در محیطهای دارای منابع محدود نقش مهمی ایفا کند. در عین حال، ترکیب این رویکرد با درمان‌های ایمنی یا دارویی موضعی می‌تواند اثربخشی کلی را افزایش دهد و مسیرهایی برای درمان‌های ترکیبی و شخصی‌سازی شده باز کند.
نتیجه‌گیری
فعال‌سازی نانوفلیکهای SnOx با LED گامی قابل توجه در درمان فوتوترمال سرطان است. با ترکیب گرمایش انتخابی، مقرون‌به‌صرفگی و پتانسیل قابلحمل بودن، این روش مسیر جدیدی به‌سوی گزینه‌های ایمن‌تر و در دسترس‌تر برای درمان تومورهای سطحی نظیر سرطان پوست فراهم می‌آورد و ممکن است به‌عنوان درمان کمکی برای سایر انواع سرطان نیز پس از انجام آزمایش‌ها و آزمون‌های بالینی بیشتر مطرح شود. چالش‌های پیش‌رو شامل تایید ایمنی در مدلهای حیوانی، استانداردسازی فرایند تولید نانومواد، و تضمین کیفیت و انطباق با مقررات پزشکی است، اما نتایج اولیه نویدبخش و امیدوارکننده است. ادامه تحقیقات کاربردی، مطالعات بالینی و توسعه مهندسی دستگاه‌ها می‌تواند مسیر انتقال این فناوری از آزمایشگاه به بیمارستان و حتی منزل بیمار را هموار سازد.
منبع: scitechdaily
ارسال نظر