Xạ trị bằng hiệu ứng lượng tử giúp tiêu diệt tế bào ung thư chỉ trong 3 ngày

Chúng ta biết xạ trị là một trong những phương pháp tốt nhất hiện có để điều trị ung thư. Nó hoạt động bằng cách bắn các chùm tia X mang năng lượng cao, nhằm phá hủy DNA của tế bào ung thư khiến nó chết đi hoặc sinh sản chậm hơn.

Quá trình này lợi dụng năng lượng photon của tia X, tạo ra các gốc tự do tấn công vào DNA của tế bào ung thư. Nhưng hiệu quả của xạ trị sẽ bị suy giảm trong vùng nhân của các khối u rắn phát triển nhanh trong môi trường thiếu oxy, chất khí cung cấp khả năng hình thành gốc tự do trong xạ trị.

Nguyên lý của xạ trị truyền thống là sử dụng năng lượng cao từ tia X bẻ gãy DNA của tế bào ung thư khiến chúng chết hoặc không thể phân chia được nữa.

Chính vì vậy, ung thư phát triển trong môi trường thiếu oxy có khả năng kháng lại xạ trị gấp 2-3 lần so với tế bào trong môi trường có oxy bình thường. Xạ trị lúc này có thể gây tổn hại cho các tế bào lành tính khác mà bỏ mặc tế bào ung thư tiếp tục phát triển.

Bây giờ, trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học đến từ Đại học Kyoto của Nhật Bản đã tìm ra cách khắc phục vấn đề. Họ đã cải tiến phương pháp xạ trị sử dụng hiệu ứng lượng tử để tiêu diệt tế bào ung thư thay cho năng lượng photon thuần túy.

Kết quả cho thấy chỉ với một liều xạ trị lượng tử trong vòng 30 phút toàn bộ tế bào ung thư đã bị giết chết sau 3 ngày.

Để có thể làm được điều này, các nhà khoa học tại Đại học Kyoto đã thiết kế ra các hạt nano có khả năng xâm nhập vào khối u ung thư. Các hạt nano này được gọi là organosilica, có hình dạng như tổ ong và mang theo kim loại iot trong các lỗ rỗng của chúng.

Iot là thành phần hoạt động chính ở đây. Nếu được chiếu xạ bằng tia X từ bên ngoài, nó sẽ giải phóng các electron dù năng lượng chiếu xạ tương đối thấp. Sau đó, các electron này sẽ tấn công vào DNA của hạt nhân tế bào ung thư, gây đứt gãy sợi kép và dẫn đến cái chết của tế bào.

Các hạt iot được kích hoạt bằng ánh sáng (tia X) có thể bẻ gãy DNA và làm chết tế bào ung thư.

"Ở đây chúng tôi có một kim loại tiếp xúc với tia X dẫn đến sự giải phóng electron, một hiện tượng được gọi là hiệu ứng quang điện. Chính Albert Einstein đã đưa ra lời giải thích về hiện tượng này vào năm 1905, báo trước sự ra đời của vật lý lượng tử", nhà sinh học phân tử Fuyuhiko Tamanoi, tác giả nghiên cứu mới cho biết.

"Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp bằng chứng cho thấy chúng ta có thể tái tạo lại hiệu ứng lượng tử bên trong tế bào ung thư để tiêu diệt chúng".

Để thử nghiệm ý tưởng này, nhóm nghiên cứu đã phân tán các hạt nano thông qua mô hình 3D của các tế bào khỏe mạnh và ung thư. Họ phát hiện ra rằng các hạt nano có xu hướng tụ tập ngay bên ngoài nhân tế bào ung thư và bỏ qua tế bào khỏe mạnh.

Sau đó, chỉ cần 30 phút chiếu bức xạ tia X là đủ để bẻ gãy DNA tế bào ung thư bằng hiệu ứng quang điện và gây ra cái chết của tất cả các tế bào ác tính sau 3 ngày. Kết quả tốt nhất đạt được với liều bức xạ 33,2 keV.

Kotaro Matsumoto, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: "Nghiên cứu của chúng tôi là một ví dụ quan trọng về việc sử dụng hiện tượng vật lý lượng tử bên trong tế bào ung thư. Có vẻ như một đám mây electron năng lượng thấp được tạo ra gần DNA, gây ra sự đứt gãy sợi kép mà tế bào rất khó sửa chữa, cuối cùng dẫn đến cái chết tự nhiên của tế bào".

Cơ chế hoạt động của hiệu ứng quang điện: Một dòng photon từ tia X có thể tạo ra sự phát xạ electron và tiêu diệt tế bào ung thư.

Cũng phải nói đây là nghiên cứu đầu tiên sử dụng hiệu ứng lượng tử từ các hạt nano để tiêu diệt tế bào ung thư. Trước đây, đã có nhiều nghiên cứu cũng kết hợp việc phân phối hạt nano vào trong khối u và sử dụng xạ trị kích hoạt chúng. Nhưng cơ chế tiêu diệt ung thư của hạt nano rất đa dạng.

Các nghiên cứu khác sử dụng hạt nano tiêu diệt ung thư từ bên trong bằng cách làm nóng chúng lên, thay đổi nồng độ axit, giải phóng thuốc hoặc các gốc oxy hóa, hoặc làm chúng đói chất dinh dưỡng. Nghiên cứu của đại học Kyoto là lần đầu tiên việc giải phóng electron tham gia vào kho vũ khí điều trị ung thư mới.

Nhưng tất nhiên, các nhà khoa học vẫn còn nhiều việc phải làm. Hiện kỹ thuật này mới chỉ được thử nghiệm trên tế bào nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Các nhà nghiên cứu cho biết trong bước tiếp theo, họ sẽ thử nghiệm các hạt nano mang iot trên chuột, trước khi tiến tới thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng trên người.

Toàn văn nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí Scientific Reports.

Tham khảo Newatlas