Artikel zur Langlebigkeit

Kann Solartechnik Krebszellen abtöten?

krebszellen teilen sich
  • Die für Solarenergie eingesetzte Technologie könnte in der Lage sein, Krebszellen zu erkennen und anzugreifen.

  • Lichtaktivierte Fluoreszenzfarbstoffe können möglicherweise bei der Diagnose von Krankheiten, bildgesteuerten Operationen und der Tumorbehandlung eingesetzt werden.

  • Das Konzept wurde bisher an Brust-, Lungen- und Hautkrebszellen getestet.

Dieser Artikel wurde auf Michigan State University Today veröffentlicht.

Wissenschaftliche Durchbrüche passieren nicht immer im Labor. Für Sophia und Richard Lunt, Forscher der Michigan State University, ereignen sich viele ihrer Durchbrüche bei Spaziergängen in der Nachbarschaft.

Der schrittweise Ansatz des Ehepaares hat einen neuen Weg aufgezeigt, Krebszellen mithilfe einer Technologie zu erkennen und zu bekämpfen, die traditionell der Solarenergie vorbehalten war. Die in der aktuellen Ausgabe von Scientific Reports veröffentlichten Ergebnisse zeigen dramatische Verbesserungen bei lichtaktivierten Fluoreszenzfarbstoffen für die Krankheitsdiagnose, bildgesteuerte Chirurgie und ortsspezifische Tumorbehandlung.

„Wir haben dieses Konzept an Brust-, Lungenkrebs- und Hautkrebs-Zelllinien sowie Mausmodellen getestet und bisher sieht alles bemerkenswert vielversprechend aus“, sagte Sophia, Biochemie und Molekularbiologin an der MSU.

Während die Krebsanwendungen die meisten Möglichkeiten bergen, hätten ihre Ergebnisse Potenzial, das über den Bereich der Onkologie hinausgeht, sagte Richard, Johansen-Crosby-Stiftungsprofessor für Chemieingenieurwesen und Materialwissenschaften.

„Diese Arbeit hat das Potenzial, fluoreszierende Sonden für weitreichende gesellschaftliche Auswirkungen durch Anwendungen zu transformieren, die von der Biomedizin bis zur Photokatalyse – der Beschleunigung chemischer Reaktionen mit Licht – reichen“, sagte er. „Unsere Solarforschung hat dieses Krebsprojekt inspiriert, und die Konzentration auf Krebszellen hat wiederum unsere Solarzellenforschung vorangebracht; es war eine erstaunliche Rückkopplungsschleife.“

Vor den gemeinsamen Anstrengungen der Lunts hatten fluoreszierende Farbstoffe, die für Therapeutika und Diagnostik verwendet wurden, auch „Theranostika“ genannt, Mängel wie geringe Helligkeit, hohe Toxizität für Zellen, schlechte Gewebedurchdringung und unerwünschte Nebenwirkungen.

Durch die optoelektronische Abstimmung organischer Salz-Nanopartikel, die als Theranostika verwendet werden, konnten die Lunts diese in einer Reihe von Krebsstudien kontrollieren. Indem man die Nanopartikel in den ungiftigen Bereich lockte, führte dies zu einer verbesserten Bildgebung, während das Verschieben in den phototoxischen – oder lichtaktivierten – Bereich zu einer wirksamen Tumorbehandlung vor Ort führte.

Der Schlüssel lag darin, zu lernen, die Elektronik ihrer photoaktiven Moleküle unabhängig von ihren optischen Eigenschaften zu steuern, und dann den Sprung zu wagen, dieses Verständnis auf eine neue Art und Weise auf ein scheinbar unabhängiges Gebiet anzuwenden.

Richard hatte kürzlich bei seiner Arbeit bei der Umwandlung von Photovoltaik in Solarglas die Möglichkeit entdeckt, diese Salze elektronisch abzustimmen. Sophia hatte lange Zeit die für Krebszellen spezifischen Stoffwechselwege untersucht. Als die Lunts während eines Spaziergangs über Solarglas diskutierten, stellten sie den Zusammenhang fest: In den Solarzellen aktive Moleküle könnten auch dazu verwendet werden, Krebszellen effektiver anzugreifen und abzutöten.

Ihre Spaziergänge hatten eher unwissenschaftliche Anfänge. Kurz nachdem sich die Lunts an der Princeton University kennengelernt hatten, wechselte Richard an eine andere Universität. Um ihre Fernbeziehung aufrechtzuerhalten, vereinbarten sie tägliche Telefongespräche. Bei ihrer Ankunft an der MSU ersetzten individuelle akademische Karriereanforderungen die geografische Entfernung als Herausforderung für ihr geschäftiges Leben.

Um täglich Kontakte zu knüpfen, unternehmen sie jeden Abend gemeinsame Spaziergänge im CEO-Stil. Die zwei Meilen langen Spaziergänge finden bei jedem Wetter statt und führen oft zu wissenschaftlichen Diskussionen. Die drei Schlüssel zu ihren Spaziergängen seien bewusste Neugier, Ausdauer und die Verschmelzung verschiedener Bereiche und Perspektiven, sagte Sophia.

„Wir reden über Wissenschaft, strategische Pläne für unsere Karriere und unsere verschiedenen Stipendien“, sagte sie. „Wir pingen uns gegenseitig Ideen an. Unsere kontinuierlichen Gespräche und das Brainstorming von Ideen zu einem bestimmten Thema oder einer bestimmten Herausforderung führen oft zu diesen aufregenden Aha-Momenten.“

Ihre Spaziergänge haben ihnen geholfen, viele Herausforderungen zu meistern.

„Unsere ersten Experimente verliefen nicht wie erwartet. Ich bin überrascht, dass wir nicht aufgegeben haben, wenn man bedenkt, wie verrückt die Idee zunächst schien“, sagte Richard. „Um herauszufinden, wie man diese Forschung durchführt, waren viele Wege nötig.“

Offensichtlich waren die Ergebnisse den Aufwand wert. Heute entwirft Richard die Moleküle; Babak Borhan, Chemiker an der MSU, synthetisiert und verbessert sie; und Sophia testet ihre photoaktiven Erfindungen in Krebszelllinien und Mausmodellen.

Zukünftige Forschung wird daran arbeiten, die Wirksamkeit der Theranostika zu verbessern, die Toxizität zu verringern und Nebenwirkungen zu reduzieren. Die Lunts haben ein Patent für ihre Arbeit angemeldet und freuen sich darauf, ihre Erkenntnisse zu photoaktiven Molekülen schließlich in klinischen Studien zu testen.

„Obwohl das noch viel mehr Spaziergänge erfordert“, sagte Richard mit einem Lächeln.

Die Studie wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Berichte im Oktober 2019.



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