La mort des cellules cancéreuses est déclenchée dans les trois jours lorsque les rayons X sont concentrés sur le tissu tumoral contenant des nanoparticules porteuses d'iode. L'iode libère des électrons qui cassent l'ADN de la tumeur, conduisant à la mort cellulaire. Les résultats, par des scientifiques de l'Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) de l'Université de Kyoto et des collègues du Japon et des États-Unis, ont été publiés dans la revue Rapports scientifiques .

"Exposer un métal à la lumière entraîne la libération d'électrons, un phénomène appelé effet photoélectrique. Une explication de ce phénomène par Albert Einstein en 1905 annonçait la naissance de la physique quantique, " dit le biologiste moléculaire iCeMS Fuyuhiko Tamanoi, qui a dirigé l'étude. "Notre recherche fournit des preuves qui suggèrent qu'il est possible de reproduire cet effet à l'intérieur des cellules cancéreuses."

Un problème de longue date avec la radiothérapie anticancéreuse est qu'elle n'est pas efficace au centre des tumeurs, où les niveaux d'oxygène sont faibles en raison du manque de vaisseaux sanguins pénétrant profondément. L'irradiation aux rayons X a besoin d'oxygène pour générer de l'oxygène réactif endommageant l'ADN lorsque les rayons frappent les molécules à l'intérieur de la cellule.

Tamanoï, avec Kotaro Matsumoto et ses collègues, ont essayé de surmonter ce problème en trouvant des moyens plus directs d'endommager l'ADN du cancer. Dans des travaux antérieurs, ils ont montré que des nanoparticules chargées de gadolinium pouvaient tuer les cellules cancéreuses lorsqu'elles étaient irradiées avec 50,25 kiloélectronvolts de rayons X générés par le synchrotron.

Dans l'étude actuelle, ils ont conçu poreux, nanoparticules d'organosilice porteuses d'iode. L'iode est moins cher que le gadolinium et libère des électrons à des niveaux d'énergie inférieurs.

Les chercheurs ont dispersé leurs nanoparticules à travers des sphéroïdes tumoraux, Tissu 3D contenant plusieurs cellules cancéreuses. L'irradiation des sphéroïdes pendant 30 minutes avec 33,2 keV de rayons X a conduit à leur destruction complète en trois jours. En changeant systématiquement les niveaux d'énergie, ils ont pu démontrer que l'effet optimal de destruction tumorale se produit avec des rayons X de 33,2 keV.

D'autres analyses ont montré que les nanoparticules étaient absorbées par les cellules tumorales, localisant juste à l'extérieur de leurs noyaux. Faire briller juste la bonne quantité d'énergie de rayons X sur le tissu a incité l'iode à libérer des électrons, qui a ensuite provoqué des cassures double brin dans l'ADN nucléaire, déclenchant la mort cellulaire.

"Notre étude représente un exemple important d'utilisation d'un phénomène de physique quantique à l'intérieur d'une cellule cancéreuse, " dit Matsumoto. " Il semble qu'un nuage d'électrons de faible énergie soit généré près de l'ADN, provoquant des cassures double brin difficiles à réparer, menant finalement à la mort cellulaire programmée."

L'équipe souhaite ensuite comprendre comment les électrons sont libérés par les atomes d'iode lorsqu'ils sont exposés aux rayons X. Ils travaillent également à placer de l'iode sur l'ADN plutôt qu'à proximité pour augmenter l'efficacité, et tester les nanoparticules sur des modèles murins de cancer.