18. juni 2019

Nye metoder fra materialeforskning i fysik finder vej til kræftforskning

Kræftforskning:

Et nyt studie i vands opførsel i kræftceller viser, hvordan metoder, som normalt er begrænset til fysik, kan finde anvendelse indenfor kræftforskning. Forskerne, Murillo Longo Martins og Heloisa Bordallo fra Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, har demonstreret hvordan avancerede metoder i materiale analyse – en kombination af neutronspredning og termisk analyse – kan anvendes til at kortlægge vandets egenskaber i brystkræftceller. Pilotprojektet viser hvordan vandmolekylers mobilitet i kræftceller ændres, når cellerne udsættes for behandling med kemoterapi. Metoden har potentiale til udvikling af avanceret sygdomsdiagnosticering og fører videre til udvikling af en ny tilgang til kræftbehandling - en af de største udfordringer i øjeblikket i medicinsk forskning. Resultatet er nu publiceret i det videnskabelige tidsskrift Scientific Reports.

Her ses de to perspektiver. Det biologiske til venstre, som fokuserer på cellens biologiske bestanddele, organeller, membraner, gener og proteiner og materialestudiet til højre, hvor Hydrogenatomer og vandets egenskaber er fremherskende. Det samlede billede giver mulighed for udviklingen af nye, dedikerede behandlingsformer.

Sammenligning af kræftceller før og efter behandling

Når kræft behandles med kemoterapi, føres medikamentet almindeligvis ind i kroppen via blodbanerne. Derpå spredes det til hele kroppen og finder også vej til kræftcellerne. Men medikamentets effekt er afhængig af mange forskellige faktorer. For eksempel ændres egenskaberne i vandet i cellerne ved påvirkningen fra medikamentet. Vandets rolle og indflydelse på, om en tumor er i udvikling eller under afvikling er sandsynligvis større end hidtil antaget. Det nye perspektiv vil kunne redegøre meget præcist for udviklingen, når man sammenligner analyser før og efter behandling.

Forståelsen af vandet og dets egenskaber – som er fælles for alle typer kræftceller – er afgørende

Vand er den største komponent i sammensætningen af en celle, og forståelsen af dets rolle, når cellerne er under behandling for kræft, er af afgørende betydning. Kræftceller reagerer forskelligt på forskellige typer behandling, så en ny og uortodoks analyse af den største enkeltkomponent, dets sammensætning og opførsel, kunne blive en fællesnævner for udviklingen af nye behandlingsformer for individuelle patienter. Murillo Longo Martins, som har arbejdet indenfor dette felt i sin Ph.d. og postdoc ved Niels Bohr Institutet, forklarer: ”Vores opdagelser indikerer, at medikamenter, som modificerer egenskaberne ved cellernes vand, kan udvikles med specifikke behandlingsmål i tankerne. Og på den korte bane kan forståelsen af cellevandets dynamik for eksempel give os yderligere viden om, hvorfor nogle typer kræft reagerer anderledes end andre typer på visse behandlingsformer”.

Den uortodokse tilgangsvinkel – som metode

Mens læger og biologer anskuer celler som en komposition af membraner, organeller, gener og andre biologiske komponenter, så kan fysikere skabe en karakteristik af cellernes vand meget præcist, ved at anvende sofistikerede neutronspredningsteknikker og termiske analyser. Opbygningen af en kommunikationsflade mellem de to meget forskellige tilgangsvinkler har nu vist sig at være meget interessant, med mellemkomsten af det nye studie fra forskerne på Niels Bohr Institutet. De nye resultater kan åbne for nye undersøgelsesområder, netop på baggrund af den uortodokse tilgang. Resultatet forventes at stimulere fremtidige samarbejder mellem de forskellige, videnskabelige fagfelter, og give brugen af materialevidenskab indenfor biologien og sundhedsforskningen endnu et skub fremad.

Link til videnskabelig publikation: https://www.nature.com/articles/s41598-019-45056-8