Dr. Yubin Zhou, a Transzlációs Rákkutató Központ adjunktusa (A&M Biotechnológiai és Technológiai Egészségügyi Tudományos Központ, Texas) aktívan tanulmányozza azt, hogyan lehet a fényt a szervezet immunrendszerének irányítására, és a rák elleni küzdelemben használni.
"Bár az ideggyógyászok már évek óta használják a fényt az idegsejtek stimulálására, ez az első alkalom, hogy ezt a technikát, az úgynevezett optogenetikát az immunrendszer esetében alkalmazzuk," - mondta Zhou.
Az ideggyógyászatban a tudósok jellemzően olyan sejteket terveznek, melyek fényre érzékeny mikrobákat termelnek. Amikor különböző hullámhosszú fénynek vannak kitéve, ezek a mikrobák fehérjéket termelnek, amelyek képesek megmondani az idegeinknek, hogy küldjenek vagy sem idegi impulzusokat.
"Az idegtudósok sokat tanultak az agyi áramkörökről a technikát használva," - monda Zhou, "és most a kutatók számos más területen próbálkoznak vele."
Optogenetika és az immunrendszer
Zhou és csapata megtalálta a módját, hogyan módosítható a technika annak érdekében, hogy az segítse az immunrendszert. A munka nem volt könnyű, mivel az idegsejtekkel ellentétben az immunrendszer sejtjei nem használják az ismert elektromos impulzusokat, hogy kommunikáljanak. A másik kihívás az, hogy az immunrendszer sejtjei mélyen a testben találhatók, és folyamatosan mozognak, így nehéz eltalálni a megfelelő mennyiségű fénnyel.
A megszokottól eltérő gondolkodásra és komoly csapatmunkára volt szükség ahhoz, hogy rájöjjenek a megoldásra.
"Dr. Gang Han-nal, a Massachusettsi Egyetem Orvostudományi Karának kutatójával működtünk együtt, aki a nanotechnológiai és a fotomedicinális fejlesztést végezte," - mondta Zhou. "Együtt képesek voltunk egyesíteni a legkorszerűbb optogenetikai megközelítést a legmodernebb nanotechnológiával."
Az optogenetikai neuromoduláció néven ismert új nanotechnológiáról nemrég számoltak be az eLife tudományos folyóiratban. (1)
"A munkát tehetséges tudósok végezték el laboratóriumban: Lian He és Peng Tan végzős hallgatók és Dr. Guolin Ma posztdoktori kutató," - mondta Zhou, "akik félelem nélkül vállalkoztak erre a projektre, és legyőzték az összes kihívást jelentő akadályt, hogy valóra váltsák ezt a technikát."
Az orvosok képesek felhasználni a fényt az immunrendszer sejtjeinek irányítására
Az új technikával a kutatók képesek irányítani az immunrendszer sejtjeit és "utasítani"őket a rákos sejtek megölésére. Egy infravörös közeli lézersugárral, amely képes néhány centiméterre behatolni a testbe, a kutatók nanorészecskéket tudtak irányítani, hogy azok a mesterséges immunsejteket vezérelve harcoljanak a speciális rákos sejtek ellen. Képzeljünk csak el egy tábornokot és a katonáit, melyek ha megkapják a fényjelzést a központi parancsnokságtól, összeállnak, és elpusztítják a rákos sejteket.
"Képesek vagyunk vezeték nélkül irányítani az immunsejtek működését mélyen a szövetekben," - mondta Zhou.
A kutatók megtalálták a módját, hogy úgy módosítsák az immunsejteket, hogy a kalcium kapu ellenőrző fehérjéjük fényérzékeny legyen. Amikor kék fénynek vannak kitéve, amit a megvilágított nanorészecskék bocsátanak ki magukból, megnyitják az "ion kapukat". Ha a fény ki van kapcsolva, a kapuk bezáródnak. A kutatók növelhetik a sejtekbe a kalcium beáramlását a fény növelésével.
Még mindig dolgoznak az immunsejtek kalciumfüggő folyamatainak finomhangolásán, hogy azok hatékonyabban támadhassák a tumorsejteket, és megtámadják azokat a kórokozókat is, melyeket a szervezet egyébként nem venne észre, vagy nem tudna az ellenük való harcra fókuszálni.
Amikor állati tumor teszteket végeztek, képesek voltak lendületet adni az immunrendszer válasznak, amely segítette a szervezet azon képességét, hogy megölje a rákos sejteket.
"A technika csökkentette a tumor méretét és az áttéteket, ezért rengeteg alkalmazása lehetséges," - mondta Zhou.
Az egyik legnagyobb előnye ennek a módszernek az, hogy csak bizonyos típusú immunrendszer sejteket, a T-sejteket aktivizálja, és csak a test egy adott területén, ahol a fénnyel megvilágításra kerülnek. Amikor valaki kemoterápiát kap, az immunrendszer válasz az egész testre kiterjed, ami egy nyomorúságos folyamat lehet. Ezzel a nem invazív fény hangolású technikával a problematikus terület körüli immunreakcióra lehet fókuszálni.
"Más tudósok valószínűleg arra használják majd a technikát, hogy segítsen számukra tanulmányozni az immun, a szív és más típusú sejteket, melyek kalciumot használnak feladataik elvégzése során," - mondta Zhou. "Ez egy elég jó technológia. Ezekkel az eszközökkel most már nem csak képesek vagyunk megválaszolni a lényeges kérdéseket, melyeket korábban soha nem voltunk képesek, de klinikailag is lefordíthatjuk a betegségek elleni beavatkozásra."
Zhou laborja már használja ezt a technikát, hogy lássák, mennyire hatékonyak az emberek esetében használt speciális rák gyógyszerek.
"Ha sikerrel járunk, akkor mindezek az erőfeszítések jelentősen javíthatják a jelenlegi rák immunterápiákat a kezelés személyre szabásával, hogy pontosan hol és mikor van rá szükség, miközben csökkenti a mellékhatásokat." (2)
(1) - http://elifesciences.org/content/4/e10024v2
(2) - https://www.sciencedaily.com/releases/2016/01/160121132536.htm
The Mind Unleashed