ננו-מבנה מתכתי חדש, שפותח ע”י חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה (סנטה קרוז), מציג כבר עתה תקווה בניסוים לריפוי סרטן ויוכל לשמש בעתיד עבור חיישנים כימיים וביולוגיים וביישומים נוספים
ננו-כדורית הזהב החלולה, שפותחה במעבדתו של Jin Zhang, פרופסור לכימיה וביוכימיה באוניברסיטת ,UCSC הינה בעלת קבוצת מאפיינים ייחודיים, בכללם: בליעת אור חזקה, צרה וברת-כוונון. החוקר עובד בשיתוף פעולה עם חוקרים מאוניברסיטת טקסס, אשר השתמשו כבר בננו-מבנים החדשים הללו בכדי להכווין חומרים נוגדי-סרטן לאתרי הגידול בתחום הקרוי “ריפוי סרטני פוטותרמי”. הם דיווחו על תוצאות טובות ממחקרים קדם-קליניים שהם ביצעו בתחילת השנה ואשר פורסמו בכתב-העת Clinical Cancer Research.
החוקר הראשי אמור לתאר את המחקר שלו ושל קבוצתו לגביי ננו-כדוריות הזהב החלולות בהרצאה שתינתן במפגש השנתי של החברה האמריקאית לכימיה (American Chemical Society) בעיר סולט לייק.
“הגורמים ההופכים את המבנה הזה לכה מיוחד הינם השילוב של הצורה הכדורית, הגודל הקטן ובליעת האור החזקה בתחום הנראה והתת-אדום הקרוב,” אומר החוקר הראשי. “הבליעה אינה רק חזקה אלא גם צרה וברת-כוונון. כל המאפיינים הללו חשובים עבור טיפול בגידולים סרטניים.”
החוקרים הצליחו לשלוט על ההכנה של ננו-כדוריות הזהב החלולות ליצירת חלקיקים בעלי מאפיינים אופטיים וגודל עקביים. ניתן להכין את הכדוריות בגדלים שנעים בתחום קוטר של 70-20 ננומטרים, שהינו מיטבי עבור יישומים ביולוגיים הדורשים את ההחדרה של החלקיקים לתוככי התאים החיים. ניתן לכוונן את המאפיינים האופטיים ע”י שינויים בגודל החלקיק ועובי דופנותיו.
בניסויים כנגד מחלת הסרטן, בראשות Chun Li, החוקרים חיברו לננו-כדוריות פפטיד קצר המאפשר לחלקיק להיקשר לתאים סרטניים. לאחר הזרקת הננו-כדוריות לעכברים בעלי סרטן עור ממאיר (מלנומה), החוקרים הקרינו את אזורי הגידול בקרינה תת-אדומה קרובה באמצעות לייזר תוך חימום ננו-הכדוריות מזהב וחיסול התאים הסרטניים שאליהם חלקיקים אלו מחוברים.
למרות הצלחתו זו, התחום של ריפוי סרטן לא היה המטרה הראשונה של החוקר הראשי כאשר מעבדתו החלה לעבוד לפני שנים מספר על הנושא של הכנה ואפיון ננו-כדוריות זהב חלולות. הקבוצה בחנה מגוון נרחב של ננו-מבנים מתכתיים לשם שיפור תכונותיהם וזאת עבור התחום של “פיזור ראמאן מוגבר-משטח” (surface-enhanced Raman scattering, SERS). זוהי שיטה אופטית עוצמתית המשמשת לזיהוי רגיש של פרודות ביולוגיות ויישומים נוספים. אחד מתלמידיו של החוקר ניסה לחזור על עבודה שפורסמה בנושא זה ע”י חוקרים סיניים עוד בשנת 2005. בתהליך הוא הצליח לשכלל את ההכנה של ננו-כדוריות הזהב החלולות ואז הדגים ואפיין את פעילותן ב- SERS.
“בתהליך זה ניתן לייצר ננו-חלקיקים פעילי- SERSשהינם קטנים יותר, באופן משמעותי, ממבני ננו-חלקיקים אופייניים אחרים ששימשו בתחום זה, ויכולים לשמש כרכיבי חישה המוחדרים בקלות רבה יותר לתוככי התאים לשם מדידות תוך-תאיות מקומיות,” מסביר החוקר.
שיתוף הפעולה עם החוקר Li החל כאשר Zhang האזין להרצאתו בכנס לגביי השימוש בננו-חלקיקים מוצקים עבור ריפוי סרטני פוטותרמי. Zhang מיד הבחין ביתרונות של ננו-כדוריות הזהב החלולות שלו עבור שיטה זו. Li משתמש בתהליך שלו בקרינה בתחום התת-אדום הקרוב מכיוון שהיא מספקת חדירות רקמות טובה. אולם, ננו-חלקיקי הזהב המוצקים בהם הוא השתמש לא בלעו קרינה בתחום זה באופן יעיל. החוקר Zhang אמר לחוקר Li כי הוא מסוגל להכין ננו-כדוריות זהב חלולות הבולעות קרינה באופן היעיל ביותר בדיוק באורך הגל הנפלט מהלייזר שלו (800 ננומטרים).
“החום המקומי המחסל את התאים הסרטניים תלוי בקרינה הנבלעת ע”י ננו-החלקיקים המתכתיים, כך שבליעה יעילה יותר של קרינה משמעה תהליך יעיל ובררני יותר,” מסביר החוקר הראשי. “ננו-כדוריות הזהב החלולות החדשות היו יעילות יותר פי חמישים מאשר ננו-חלקיקי הזהב המוצקים ששימשו בעבר בבליעת קרינה בתחום התת-אדום הקרוב.”
קבוצת המחקר החלה לבחון ננו-מבנים אחרים הניתנים להכנה ע”י אותה השיטה. לדוגמא, אחת החוקרות בקבוצה הכינה ננו-מבנים חלולים בעלי מעטפת כפולה המורכבת מזהב וכסף, ואשר הציגו פעילות- SERSמשופרת יחסית לננו-כדוריות הזהב החלולות. היכולת לכוונן את תכונותיהן האופטיות של ננו-הכדוריות החדשות הופכת אותן לרב-תכליתיות, אומר החוקר. “זהו מבנה ייחודי המספק יתרונות ברורים יחסית לננו-מבנים אחרים, כך שיש בו פוטנציאל עתידי רב,” הוא מוסיף.
