Các nhà nghiên cứu đã phát triển một hợp chất quang hoạt mới được tăng cường bằng bạch kim có khả năng tiêu diệt tế bào ung thư một cách độc đáo mà không cần oxy, khắc phục những hạn chế của các liệu pháp điều trị ung thư dựa trên ánh sáng hiện có. Khám phá của họ mở đường cho sự phát triển thế hệ thuốc chống ung thư tiếp theo. Liệu pháp quang động bao gồm việc đưa vào một tác nhân gọi là chất cảm quang, sau đó được kích hoạt bằng năng lượng ánh sáng có bước sóng cụ thể (thường là tia laser hoặc diode phát sáng). Các loại oxy phản ứng (ROS) được tạo ra bằng cách kích hoạt ánh sáng có thể tiêu diệt các tế bào ung thư và bắt đầu quá trình apoptosis hoặc chết tế bào theo chương trình.
Mặc dù liệu pháp quang động đã được chứng minh là một phương pháp điều trị ung thư hiệu quả nhưng có một vấn đề là nó cần có sự hiện diện của oxy để tạo ra ROS dẫn đến chết tế bào. Vì hầu hết các khối u rắn đều có môi trường vi mô thiếu oxy (oxy thấp), nên hiệu quả của các chất nhạy cảm ánh sáng truyền thống bị hạn chế.
Để khắc phục hạn chế này, các nhà nghiên cứu từ Đại học Thành phố Hồng Kông đã phát triển một chất quang hoạt mới được tăng cường bằng bạch kim có thể tiêu diệt tế bào ung thư một cách hiệu quả mà không cần oxy.
Hóa trị liệu dựa trên bạch kim (II) đã được sử dụng để điều trị ung thư trong nhiều năm. Tuy nhiên, chúng dễ bị tác dụng phụ như độc tính và kháng thuốc. Bạch kim (IV), hay bạch kim (IV), là một loại thuốc thô, có nghĩa là nó không có tác dụng dược lý cho đến khi được chuyển hóa sau khi xâm nhập vào tế bào ung thư, điều này khiến nó trở nên hấp dẫn hơn vì nó có độ ổn định cao hơn và ít tác dụng phụ hơn so với hợp chất bạch kim (II).
Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc thêm các kim loại chuyển tiếp như bạch kim vào chất cảm quang có thể cải thiện hiệu quả của chất cảm quang. Do đó, các nhà nghiên cứu đã liên hợp các phức hợp bạch kim (IV) với các phối tử cảm quang hữu cơ và phát hiện ra rằng điều này dẫn đến một hiệu ứng gọi là "oxy hóa quang tăng cường kim loại". Khám phá này đã khiến họ phát triển một loại chất quang oxy hóa bạch kim (IV) hoạt hóa gần hồng ngoại.
Họ tiêm hợp chất mới bằng cách tiêm tĩnh mạch vào những con chuột có khối u. Bốn giờ sau, họ chiếu xạ chuột bằng ánh sáng cận hồng ngoại (NIR) để kích hoạt chất oxy hóa quang và nhận thấy rằng khối lượng khối u đã giảm 89% và trọng lượng khối u đã giảm 76%, cho thấy chất oxy hóa bạch kim (IV) có tác dụng ức chế khối u. Trong khi các loại thuốc chống ung thư dựa trên bạch kim truyền thống khiến tế bào ung thư trải qua quá trình apoptosis, thì các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng hợp chất của chúng gây ra một dạng chết tế bào đặc biệt.
Guangyu Zhu, tác giả tương ứng của nghiên cứu, cho biết: "Thật thú vị, chúng tôi phát hiện ra rằng 'mô hình chết' của các tế bào ung thư do photooxide bạch kim (IV) gây ra khác với bất kỳ loại thuốc chống ung thư nào khác." Thông qua tác động kép của stress oxy hóa nội bào mạnh mẽ và độ pH nội bào giảm, "Chất quang hóa bạch kim (IV) được kích hoạt gần hồng ngoại sẽ loại bỏ các tế bào ung thư theo cách không phụ thuộc vào oxy bằng cách gây ra một dạng chết tế bào độc đáo."
Họ quan sát thấy rằng sau khi được kích hoạt bằng ánh sáng hồng ngoại gần, photooxide bạch kim (IV) tích lũy trong mạng lưới nội chất (trung tâm tổng hợp và vận chuyển protein) của tế bào ung thư có thể oxy hóa các đại phân tử sinh học trong tế bào mà không cần oxy, tạo ra ROS, peroxit lipid và proton. Quá trình dập tắt oxy hóa do ROS và peroxit lipid tạo ra sẽ phá hủy các thành phần quan trọng của tế bào ung thư, trong khi proton làm giảm độ pH nội bào và hình thành môi trường vi mô có tính axit không thuận lợi.
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu còn quan sát thấy rằng photooxide bạch kim (IV) đã kích hoạt hệ thống miễn dịch của chuột, tuyển dụng và kích hoạt các tế bào miễn dịch. So với nhóm đối chứng, số lượng tế bào T trợ giúp tăng gấp 7 lần và số lượng tế bào T gây độc tế bào tăng gấp 23 lần sau khi kích hoạt ánh sáng. Tế bào T gây độc tế bào hoặc tế bào T sát thủ trực tiếp nhận biết và tiêu diệt tế bào ung thư, trong khi tế bào T trợ giúp giúp kích hoạt tế bào T gây độc tế bào.
Zhu cho biết: “Bằng cách gây ra hoại tử không điển hình, photooxide bạch kim (IV) có thể vượt qua sức đề kháng của tế bào ung thư đối với các loại thuốc hóa trị và liệu pháp quang động truyền thống, kích hoạt hệ thống miễn dịch và loại bỏ tế bào ung thư một cách hiệu quả”. "Những phát hiện này đóng vai trò là bằng chứng về khái niệm và gợi ý rằng sự phát triển các chất quang oxy hóa dựa trên quá trình oxy hóa quang tăng cường kim loại là một hướng đi mới đầy hứa hẹn cho sự phát triển các loại thuốc chống ung thư dựa trên kim loại."
Các nhà nghiên cứu dự định tiến hành các nghiên cứu tiền lâm sàng để mô tả đầy đủ các đặc tính hóa học, sinh học và dược phẩm của chất quang hóa bạch kim (IV) mới, với mục tiêu xác định các hợp chất cho các thử nghiệm lâm sàng.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Hóa học Tự nhiên.