Högupplösta konfokala bilder visar effekterna av ljusaktiverade molekylära borrar på celler inuti en mask. Innan aktivering, till vänster, de injicerade borrarna förblir mörka. Till höger, efter 15 minuters exponering för ljus, fluorescerande signaler visar utbredd skada i de transparenta nematoderna. De övningar som utvecklats vid Rice University är avsedda att rikta in sig på läkemedelsresistenta bakterier, cancer och andra sjukdomsframkallande celler och förstör dem utan att skada intilliggande friska celler. Kredit:Thushara Galbadage/Biola University
Borrar i molekylstorlek gör den skada de är designade för att göra. Det är dåliga nyheter för sjukdomar.
Forskare vid Rice University, Biola University och Texas A&M Health Science Center har ytterligare validering att deras molekylära motorer, ljusaktiverade rotorer som snurrar upp till 3 miljoner gånger per sekund, kan rikta in sig på sjuka celler och döda dem på några minuter.
Teamet ledd av Biolas molekylärbiokemist Richard Gunasekera och riskemist James Tour visade att deras motorer är mycket effektiva för att förstöra celler i tre flercelliga testorganismer:maskar, plankton och möss.
En studie i American Chemical Society-tidskriften ACS Applied Materials &Interfaces visar att motorerna orsakade olika grader av skador på vävnader i alla tre arterna. Tidskriften planerar att utse tidningen som ett ACS Editors' Choice med öppen tillgång.
Projektets ursprungliga mål var att rikta in sig på läkemedelsresistenta bakterier, cancer och andra sjukdomsframkallande celler och förstör dem utan att skada intilliggande friska celler. Tour har hävdat att celler och bakterier inte har något möjligt försvar mot en nanomekanisk borrkraft som är stark nog att slå igenom deras väggar.
Högupplösta konfokala bilder visar effekterna av ljusaktiverade molekylära borrar på celler inuti en mask. Innan aktivering, överst, de injicerade borrarna förblir mörka. På botten, efter 15 minuters exponering för ljus, fluorescerande signaler visar utbredd skada i de transparenta nematoderna. De övningar som utvecklats vid Rice University är avsedda att rikta in sig på läkemedelsresistenta bakterier, cancer och andra sjukdomsframkallande celler och förstör dem utan att skada intilliggande friska celler. Kredit:Thushara Galbadage/Biola University
"Nu har det tagits till en helt ny nivå, Tour sa. "Arbetet här visar att hela organismer, som små maskar och vattenloppor, kan dödas av nanomaskiner som borrar i dem. Detta är inte bara encellsdöd, men hela organismen, med celldöd i miljontals.
"De kan också användas för att borra i huden, vilket tyder på användbarhet vid behandling av saker som pre-melanom, " han sa.
Forskarna såg olika effekter i var och en av de tre modellerna. I masken, C. elegans , de snabba motorerna orsakade snabb depigmentering eftersom motorerna först orsakade nanomekaniska störningar av celler och vävnader. I plankton, Daphnia, motorerna förstörde de yttre extremiteterna. I båda fallen, efter ett par dagar, de flesta eller alla organismer dog.
För musmodeller, forskare applicerade nanomaskinerna i en aktuell lösning på huden. Aktivering av de snabba motorerna orsakade lesioner och sår, visa sin förmåga att fungera hos större djur.
Daphnia, en art av plankton, exponerades för molekylära maskiner utvecklade vid Rice University i labbexperiment för att bestämma effekterna av de mikroskopiska borrarna på vävnad. Till vänster är ett friskt plankton med alla dess bihang. Till höger, Daphnia har bara två av sina bihang efter 10 minuters exponering för ljusaktiverade nanomaskiner. Övningarna är avsedda att rikta in sig på läkemedelsresistenta bakterier, cancer och andra sjukdomsframkallande celler och förstör dem utan att skada intilliggande friska celler. Kredit:Alison Buck/Biola University
"Att musens hud förändras på grund av "borrningen" av nanomaskinerna kan vara en av de mest intressanta aspekterna av studien för forskare, sade Gunasekera, en adjungerad fakultetsmedlem och tidigare gästforskare vid Rice och för närvarande biträdande dekanus och professor i biokemi vid Biola. Han är huvudförfattare till tidningen med Thushara Galbadage, en docent i folkhälsa vid Biola.
"Det kan innebära direkt lokal behandling av hudåkommor som melanom, eksem och andra hudsjukdomar, ", sa Gunasekera. "Detta papper är betydelsefullt eftersom det är den första testningen av nanomaskiner där vi har bevisat dess effektivitet in vivo. Alla andra studier som gjorts hittills har gjorts in vitro ."
Han föreslog att motorerna kunde användas för terapeutisk parasitkontroll såväl som lokal behandling av sådana sjukdomar som hudcancer.
