سرطان با میکروربات های جلبکی درمان می‌شود

طی فرآیند پیشروی سرطان، تومور‌های جامد معمولا مناطقی را با دسترسی محدود به مواد مغذی و اکسیژن ایجاد می‌کنند. ساختار غیرطبیعی رگ‌های خونی و سرعت بالای رشد تومور باعث می‌شود که سلول‌های دور از رگ‌ها، شرایطی به نام "هیپوکسی" (Hypoxia) یا سطوح پایین اکسیژن را تجربه کنند.

به نقل از ادونسد ساینس نیوز،هیپوکسی تومور باعث می‌شود که روش‌های درمان سرطان مانند پرتودرمانی، فوتوداینامیک تراپی و شیمی‌درمانی که بر تولید "گونه‌های فعال اکسیژن" (ROS) متکی هستند، اثربخشی کمتری داشته باشند. این امر عمدتا به این دلیل است که اثر درمان‌ها برای تولید گونه‌های فعال اکسیژن، به غلظت اکسیژن در سلول‌های تومور بستگی دارد.

گروهی از پژوهشگران "دانشگاه استنفورد" (Stanford University) به سرپرستی "اوتکان دمیرچی" (Utkan Demirci)، استاد بخش رادیولوژی در دانشکده پزشکی این دانشگاه، یک روش نوین را برای تغییر شرایط مکان‌های تومور در پیش گرفته‌اند. آن‌ها گروهی از میکروربات‌های بیوهیبریدی به نام "ولبات‌ها" (Volbots) را ابداع کرده‌اند که هیپوکسی را برای بهبود کارآیی درمان‌های سرطان تسکین می‌دهد.

دمیرچی گفت: هدف روش ما، رسیدگی به مشکلات مربوط به هیپوکسی سرطان با استفاده از ولبات‌ها به عنوان میکروکارخانه‌های تولیدکننده اکسیژن در محل است.

دانشمندان، راهبرد‌های مختلفی را برای معکوس کردن هیپوکسی تومور آزمایش کرده‌اند؛ از جمله به کار بردن میکرو/نانوحامل‌ها با استفاده از گلبول‌های قرمز، هموگلوبین و نانوحباب‌ها که ظرفیت بارگیری اکسیژن ناکافی را نشان داده‌اند.

میکروربات‌های بیوهیبریدی از دو بخش زنده و مصنوعی تشکیل شده‌اند. در حالی که بخش زنده ربات معمولا تحرک و حمل و نقل را امکانپذیر می‌کند، دانشمندان می‌توانند عملکرد‌های اضافی را برای انجام دادن وظایف خاصی مانند انتشار دارو در بدن برای درمان بافت سرطانی به کار بگیرند.

گروه دمیرچی، میکروربات‌های بیوهیبریدی خود را با استفاده از "جلبک‌های غلتان" یا "ولوُکس" (Volvox) طراحی کردند که به عنوان موتور عمل می‌کنند.

"طی فرآیند پیشروی سرطان، تومور‌های جامد معمولا مناطقی را با دسترسی محدود به مواد مغذی و اکسیژن ایجاد می‌کنند"در انتخاب نام ولبات‌ها از نام این جلبک‌ها وام گرفته شده است. جلبک‌های غلتان می‌توانند از طریق حرکت همزمان هزاران برآمدگی مو مانند به نام "تاژک" (flagella) شنا کنند که روی سطح آن‌ها قرار دارند.

دمیرچی گفت: ولوُکس ویژگی‌های دیگری نیز دارد؛ مانند توانایی حسی ذاتی که آن را قادر می‌سازد تا به سوی منبع نور برود و همچنین، توانایی تولید اکسیژن از طریق فتوسنتز.

ولوُکس مانند سایر جلبک‌ها، از کلروفیل برای جذب انرژی از نور استفاده می‌کند. ولوُکس‌ها، فعالیت فتوسنتزی و تولید اکسیژن بالاتری را هنگام قرار گرفتن در معرض نور قرمز نشان می‌دهند. به همین دلیل، گروه دمیرچی از آن برای تنظیم غلظت اکسیژن تولید شده توسط جلبک‌ها در سلول‌های تومور استفاده کردند.

ولبات‌ها با نانوذرات مغناطیسی طراحی شده‌اند که روی سطح بیرونی آن‌ها قرار دارند و به پژوهشگران کمک می‌کنند تا حرکت را با استفاده از یک میدان مغناطیسی بیرونی هدایت کنند. همچنین نانوذرات، امکان تشخیص با ام‌آرآی و تصویربرداری فتوترمال را فراهم می‌کنند و به دانشمندان امکان می‌دهند تا آن‌ها را به راحتی در بدن ردیابی کنند.

دمیرچی گفت: نانوذرات موجود در میکروربات‌های بیوهیبریدی می‌توانند حامل عوامل درمانی باشند و در صورت قرار گرفتن در معرض نور مادون قرمز نزدیک، گرما ایجاد کنند.

از این روش می‌توان برای انتشار کنترل‌شده دارو‌ها استفاده کرد.

پژوهشگران ابتدا توانایی‌های ولبات را با ارزیابی تولید اکسیژن در شرایط آزمایشگاهی و پیش از آزمایش آن‌ها در درمان هدفمند سرطان بررسی کردند. دمیرچی ادامه داد: ما کاربرد ولبات‌ها را در مدل‌های حیوانی آزمایش کردیم و دیدیم که اندازه تومور در موش‌های تحت درمان کاهش یافت.

نتایج این آزمایش تأیید کردند که ولوُکس، هیپوکسی تومور را در موش‌ها کاهش می‌دهد.

دانشمندان در مقاله خود نشان دادند که هیچ اثری از سمی شدن در نتیجه درمان با ولبات‌ها وجود ندارد. با وجود این، مکانیسم‌های پاکسازی و انتقال جلبک، چالش‌های بالقوه‌ای را ایجاد می‌کنند که باید پیش از استفاده بالینی بررسی شوند.

پژوهشگران در مقاله این پروژه نوشتند: به رغم وجود جنبه‌های زیادی برای بهینه‌سازی بیشتر و انتقال به مرحله بالینی، این راهبرد بیوهیبریدی همه‌کاره احتمالا یک مسیر نوآورانه را برای ایجاد طرح‌های رباتیک مبتنی بر بیولوژی در طیف وسیعی از کاربرد‌های زیست‌پزشکی، درمان و تصویربرداری در سرطان و سایر بیماری‌ها ارائه می‌دهد.

این پژوهش، در مجله "Advanced Functional Materials" به چاپ رسید