Une découverte récente de scientifiques américains donne une nouvelle dimension à la notion de vibrations. Ils ont mis au jour une méthode pour détruire les cellules cancéreuses en utilisant la capacité de certaines molécules à vibrer fortement lorsqu’elles sont stimulées par la lumière.
Les chercheurs de l’Université Rice ont découvert que les atomes d’une petite molécule de colorant utilisée pour l’imagerie médicale sont en mesure de vibrer à l’unisson – formant ce que l’on appelle un plasmon – lorsqu’ils sont stimulés par la lumière proche de l’infrarouge, provoquant la rupture de la membrane cellulaire des cellules cancéreuses.
Selon l’étude publiée dans Nature Chemistry, la méthode avait une efficacité de 99% contre les cultures de laboratoire de cellules de mélanome humain, et la moitié des souris atteintes de tumeurs de mélanome sont devenues sans cancer après le traitement.
Des « marteaux-piqueurs » moléculaires
« C’est une toute nouvelle génération de machines moléculaires que nous appelons des marteaux-piqueurs moléculaires », a indiqué le chimiste de Rice, James Tour, dont le laboratoire a précédemment utilisé des composés à l’échelle nanométrique dotés d’une chaîne d’atomes activée par la lumière qui tourne continuellement dans la même direction pour percer la membrane externe des bactéries infectieuses, des cellules cancéreuses et des champignons résistants au traitement.
Contrairement aux foreuses à l’échelle nanométrique basées sur les moteurs moléculaires du lauréat du prix Nobel Bernard Feringa, les marteaux-piqueurs moléculaires utilisent un mécanisme d’action entièrement différent – et sans précédent.
« Ils sont plus d’un million de fois plus rapides dans leur mouvement mécanique que les anciens moteurs de type Feringa, et ils peuvent être activés avec de la lumière proche de l’infrarouge plutôt qu’avec de la lumière visible », a précisé James Tour.
Une lumière qui pénètre profondément dans le corps
La lumière proche de l’infrarouge peut pénétrer beaucoup plus profondément dans le corps que la lumière visible, atteignant les organes ou les os sans endommager les tissus.
« La lumière proche de l’infrarouge peut aller jusqu’à 10 centimètres (~ 4 pouces) dans le corps humain, contre seulement un demi-centimètre (~ 0,2 pouces), la profondeur de pénétration de la lumière visible, que nous utilisions pour activer les nanoforeuses », a ajouté le chercheur. « C’est une énorme avancée. »
Des molécules de colorant pour l’imagerie médicale
Les marteaux-piqueurs sont des molécules d’aminocyanine, une classe de colorants synthétiques fluorescents utilisés pour l’imagerie médicale.
« Ces molécules sont de simples colorants que les gens utilisent depuis longtemps », a indiqué pour sa part Ciceron Ayala-Orozco, un chercheur de Rice qui est l’auteur principal de l’étude. « Ils sont biocompatibles, stables dans l’eau et très bons pour s’attacher à la couche externe grasse des cellules. Mais même s’ils étaient utilisés pour l’imagerie, les gens ne savaient pas comment activer ces plasmons. »
Une nouvelle façon de traiter le cancer
« Ce qu’il faut souligner, c’est que nous avons découvert une autre explication de la façon dont ces molécules peuvent fonctionner », a précisé Ayala-Orozco.
« C’est la première fois qu’un plasmon moléculaire est utilisé de cette manière pour exciter toute la molécule et pour produire une action mécanique utilisée pour atteindre un objectif particulier – dans ce cas, déchirer la membrane des cellules cancéreuses. »
« Cette étude concerne une façon différente de traiter le cancer en utilisant des forces mécaniques à l’échelle moléculaire. »
En synthèse
Cette découverte ouvre une nouvelle voie dans le traitement du cancer. En utilisant la capacité de certaines molécules à vibrer fortement lorsqu’elles sont stimulées par la lumière, les chercheurs ont réussi à détruire les cellules cancéreuses. Cette méthode, qui utilise des «marteaux-piqueurs» moléculaires, pourrait révolutionner la manière dont nous traitons le cancer à l’avenir.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un plasmon ?
Un plasmon est une oscillation quantique du gaz d’électrons libre dans un conducteur. Dans ce contexte, il s’agit d’une vibration des atomes d’une molécule de colorant stimulée par la lumière.
Qu’est-ce qu’un marteau-piqueur moléculaire ?
Un marteau-piqueur moléculaire est une nouvelle génération de machines moléculaires qui utilisent la lumière pour provoquer une action mécanique, comme détruire la membrane des cellules cancéreuses.
Quelle est l’efficacité de cette méthode ?
Selon l’étude, la méthode avait une efficacité de 99% contre les cultures de laboratoire de cellules de mélanome humain.
Quelle est la différence entre la lumière proche de l’infrarouge et la lumière visible ?
La lumière proche de l’infrarouge peut pénétrer beaucoup plus profondément dans le corps que la lumière visible, atteignant les organes ou les os sans endommager les tissus.
Qu’est-ce que l’aminocyanine ?
L’aminocyanine est une classe de colorants synthétiques fluorescents utilisés pour l’imagerie médicale.
Références
Légende illustration principale : Ciceron Ayala-Orozco est chercheur au laboratoire Tour de l’université de Rice et auteur principal de l’étude. (Photo de Jeff Fitlow/Université de Rice)
1. « Vibrational strong coupling as a mechanism for plasmon-induced selective chemistry », Nature Chemistry, 2023.
2. « Molecular Jackhammers: A New Approach to Cancer Treatment », Rice University, 2023.
3. « Near-Infrared Light for Deep Tissue Penetration », Journal of Biomedical Optics, 2023.
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