A mellrák elleni küzdelemben a trasztuzumab emtanzin az egyik legfontosabb gyógyszer hatóanyag, mert a daganatok egy részénél megakadályozza a növekedést, amivel hozzájárul, hogy a betegek hosszabb ideig éljenek. Ugyanakkor szinte az összes rákfajta már rezisztenssé vált vele szemben. A közelmúltig az ellenállás mögött álló okokat nem tudták megfejteni a kutatók. Aztán Wei Wang nankingi kémikus kifejlesztett egy technikát annak nyomon követésére, hogy az egyes trasztuzumab molekulák hogyan kapcsolódnak a rákos sejtekhez. Megállapította, hogy a rezisztens sejtek membránjaiban levő fehérje deformálja a receptor molekulákat, amelyekre a trasztuzumab rákapcsolódik, így a gyógyszernek nincs fogódzója.
Ezt az eredményt azzal érték el, hogy a fényt a nanométeres mérettartományban tudták a megfelelő helyre irányítani. Az ehhez hasonló módszerek kutatási területe a plazmonika . Az eljárással meg tudták figyelni, hogy a rákos sejt és a rákgyógyszer hogyan hatnak egymásra, így felfedhették a trasztuzumab-rezisztencia alapmechanizmusát.
Az emberek már évszázadok óta használnak fémeket a fény haladásának manipulálására, de csak a közelmúltban kezdték el használni ezt a jelenséget a betegségek, például a rák megértésére - írja a Knowable magazin. A nagy tükrök persze jelentősen különböznek a mikroszkopikus fémpelyhektől, amelyek úgy viselkednek, mint a forgalomirányító rendőrök, lehetővé téve, hogy bizonyos színű fények áthaladjanak, míg blokkolják a többieket. Egyes fémekben ugyanis az elektronok rezgésbe kezdenek fény hatására, de csak akkor, ha megfelelő hullámhosszú fény gerjeszti őket, ami viszont megváltoztatja a fény újtát.
A biomolekulák szórják a fényt
A plazmonika egyik legsikeresebb alkalmazása a bioszenzoros érzékelés , amellyel a kutatók megkísérlik felismerni biológiailag releváns molekulák jelenlétét vagy hiányát. A fényt ilyenkor molekula méretűre fókuszálják, amivel "nagyon erős kölcsönhatást lehet elérni az anyaggal" - mondta Hatice Altug, a lausanne-i Svájci Szövetségi Technológiai Intézet kutatója. Ez az, ami miatt a fény nagyon érzékeny az egyes molekulák változásaira vagy jelenlétére egy parányi térfogaton belül.
Wang és munkatársai, a Nankingi Egyetemen ezt a megfigyelési képességet be akarták emelni a gyógyszerfejlesztés módszerei közé. Az új gyógyszerek tervezésének része ugyanis annak a megértése is, hogy a molekulák miként lépnek kölcsönhatásba a test sejtjeivel. Ehhez általában szükség van a sejtek kölcsönhatásának monitorozására, ami nagyon munkaigényes. Wang szerint, ha lenne rá megoldás, hogy sok gyógyszermolekula kölcsönhatásba lépjen sok sejttel, az valóban felgyorsíthatná a fejlesztéseket. A jelenleg elterjedt elektrokémiai módszerek ugyanis nem alkalmasak rá, hogy pontosan megmérhessék a sejtszintű változásokat, és meghatározzák azok helyét.
Aranytükrök leplezik le a rákot
A szükséges pontosság elérése érdekében Wang és munkatársai létrehoztak egy plazmonikus elektrokémiai képalkotót. Ez elég bonyolultan működik, ezért csak röviden ismertetjük. A mérésekhez mikoroszkopikus méretű aranylemezkéket használtak, amelyeken megfigyelhették, hogy a fény hogyan tükröződik és nyelődik el rajtuk. Ebből már meg tudták határozni, hogy a sejtekbe vezetett áram hol, és mennyi folyt át. A sejt-molekula kölcsönhatások azért mutathatók ki az aranylemezes módszerrel, mert a fényre hatással van azoknak a molekuláknak és sejteknek a viselkedése, amelyek a lemez másik oldalán lévő folyadékban vannak. Az aranylemez hátoldala közelében lévő sejtek visszatartják az áram egy részét, azaz elektromos "árnyékot" vetnek az aranylemezre, s ezzel meghatározzák a sejt helyét. Ha egy molekula hozzákapcsolódik a sejt membránjához, akkor a sejt elektromos tulajdonságai megváltoznak, ami kissé megvilágítja vagy tompítja az elektromos árnyékát. És ezt már rögzíteni lehet.
Wang csapata ezt a megközelítést alkalmazta annak kiderítésére, hogy a trasztuzumab hogyan viselkedett másképpen a gyógyszerrezisztens tumorsejtek körül. Fogtak rezisztens és nem rezisztens tumorsejteket, és az arany filmre ragasztották őket. Ezután trasztuzumabot adtak az elektrolit-oldathoz. Általában a trasztuzumab egy fehérjéhez kapcsolódik a sejtmembránban, ezáltal gátolja a növekedést. Ez a kötés megváltoztatja az elektronok (a fém felületén haladó úgynevezett) plazmonhullámát , és így a fény visszatükröződik a fémről. A kutatók úgy találták, hogy a tükröződések másképpen néznek ki az aranylemezen, ha gyógyszer-rezisztens tumorsejtek vannak a közelben.
A gyógyszerfejlesztés érdekében Wang és csapata megkezdte az idegsejtek és a szívsejtek, különösen a nátrium- és a káliumionok sejtekbe befelé és onnan kifelé való szállításához használt fehérjecsatornák vizsgálatát. "Ezek az ioncsatornák a sejt és a környezet közötti kommunikáció ablakai. Ha új gyógyszert fejlesztünk, akkor értékelnünk kell a szívre gyakorolt lehetséges mellékhatásokat is" - mondta a kutató, aki szerint ez egy lassú és fárasztó munka, de egy plazmonikus alapú elektrokémiai képalkotó rendszer felgyorsíthatja a a munkafolyamatokat.
A plazmonikát más képalkotó módszereknél is alkalmazzák, olyan felbontásokkal, amelyek a hagyományos mikroszkópokkal nem érhetők el, illetve nagyon érzékeny bioszenzorként működnek számos alkalmazás számára. A kutatók remélik, hogy ezeket az asztali eszközöket minél előbb kézi eszközökké fejleszthetik. Az Altug már tervezi a hordozható, olcsó, könnyen használható plazmonikus alapú gyógyszerdetektorokat és más bioszenzorokat, amelyek használatához nincs szükség képzett kutatóra. Lehet, hogy az új eszközöket még mobiltelefonhoz is csatolni tudják majd.
