A morte das células cancerosas é desencadeada em três dias, quando os raios-X são focados no tecido tumoral contendo nanopartículas transportadoras de iodo. O iodo libera elétrons que quebram o DNA do tumor, levando à morte celular. As evidências, por cientistas do Instituto de Ciências Integradas de Material Celular da Universidade de Kyoto (iCeMS) e colegas no Japão e nos EUA, foram publicados no jornal Relatórios Científicos .

"A exposição de um metal à luz leva à liberação de elétrons, um fenômeno denominado efeito fotoelétrico. Uma explicação desse fenômeno por Albert Einstein em 1905 anunciou o nascimento da física quântica, "diz o biólogo molecular iCeMS Fuyuhiko Tamanoi, quem conduziu o estudo. "Nossa pesquisa fornece evidências que sugerem que é possível reproduzir esse efeito dentro das células cancerosas."

Um problema de longa data com a radioterapia do câncer é que ela não é eficaz no centro dos tumores, onde os níveis de oxigênio são baixos devido à falta de vasos sanguíneos de penetração profunda. A irradiação de raios-X precisa de oxigênio para gerar oxigênio reativo, prejudicial ao DNA, quando os raios atingem as moléculas dentro da célula.

Tamanoi, junto com Kotaro Matsumoto e seus colegas têm tentado superar esse problema encontrando maneiras mais diretas de danificar o DNA do câncer. Em trabalhos anteriores, eles mostraram que nanopartículas carregadas de gadolínio podem matar células cancerosas quando irradiadas com 50,25 kiloelétrons volts de raios-X gerados por síncrotron.

No estudo atual, eles projetaram porosos, nanopartículas de organossílica portadoras de iodo. O iodo é mais barato do que o gadolínio e libera elétrons em níveis de energia mais baixos.

Os pesquisadores dispersaram suas nanopartículas por meio de esferóides tumorais, Tecido 3D contendo várias células cancerosas. A irradiação dos esferóides por 30 minutos com 33,2 keV de raios X levou à sua destruição completa em três dias. Alterando sistematicamente os níveis de energia, eles foram capazes de demonstrar que o efeito ideal de destruição do tumor ocorre com o raio-X de 33,2 keV.

Análises posteriores mostraram que as nanopartículas foram absorvidas pelas células tumorais, localizando apenas fora de seus núcleos. O brilho da quantidade certa de energia de raios-X no tecido levou o iodo a liberar elétrons, que então causou quebras de fita dupla no DNA nuclear, desencadeando a morte celular.

"Nosso estudo representa um exemplo importante do emprego de um fenômeno da física quântica dentro de uma célula cancerosa, "diz Matsumoto." Parece que uma nuvem de elétrons de baixa energia é gerada perto do DNA, causando quebras de fita dupla que são difíceis de reparar, eventualmente levando à morte celular programada. "

A próxima equipe quer entender como os elétrons são liberados dos átomos de iodo quando são expostos aos raios-X. Eles também estão trabalhando para colocar iodo no DNA, em vez de perto dele para aumentar a eficácia, e testar as nanopartículas em modelos de câncer em camundongos.