Výsledky sledování dějů v atomech lze aplikovat při léčbě rakoviny

Například chemikové z americké Tuftsovy univerzity, ve spolupráci s firmou PerkinElmer a University College London, mohli pomocí skenovacího tunelového mikroskopu zjistit, jak se jednotlivé atomy radioaktivního jódu 125 mění prostřednictvím jaderného rozpadu na jiný prvek, konkrétně na atomy teluru 125.

Vědci se zaměřili na sledování radioaktivního jódu 125 z toho důvodu, že tento prvek je často používán při léčbě rakoviny. Vědci nejdříve umisťovali jednotlivé kapky vody, obsahující jód 125, na substrát, tvořený tenkou vrstvou zlata. Voda se posléze odpařila a atomy jódu 125 se navázaly na atomy zlata. Jádra atomu jódu 125 mají poločas rozpadu 59 dní, což znamená, že za tuto dobu se rozpadne polovina příslušných radioaktivních atomů. Ve vzorku se nacházelo několik bilionů atomů jódu 125 a vědci s ním pracovali téměř nepřetržitě po dobu několika týdnů, aby nasbírali potřebná data.

Na obrázcích skenovacího tunelového mikroskopu se pak začaly objevovat ve stále větším množství struktury o rozměrech atomů, které vědci mohli interpretovat jako nově vzniklé atomy teluru 125. Tento fakt byl ověřen pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie zmíněného vzorku, tedy ultratenké zlaté destičky s příměsmi atomu jódu na povrchu. Tím byla ověřena korelující postupná změna chemického složení vzorku.

Vědci zachytili proces, během kterého se cyklická prstencovitá molekula 1,3-cyclohexadienu (CHD) rozlomila působením dopadajícího pulsu ultrafialového světla|foto: SLAC National Accelerator Laboratory

Přímá motivace vědců k uspořádání tohoto pokusu ale byla trochu odlišná a více praktická. Přeměna jader zmíněných prvků byla totiž stabilním zdrojem nízkoenergetických elektronů, které jsou výbornou lokální zbraní v boji proti rakovinným buňkám. Nízkoenergetické elektrony zničí vše v blízkém okolí (do 2 nanometrů) od zdroje, který je vyrobí, zatímco vzdálenější buňky ohrozit nemohou. Pokud bychom tedy mohli dopravit podobnou strukturu na stabilním zlatém substrátu do rakovinných buněk, měli bychom k dispozici vysoce selektivní nástroj na jejich ničení. Na zlato vázaný jód 125 přitom vyzařoval asi 6krát více nízkoenergetických elektronů, než stejný prvek volný. Zlato totiž zafungovalo jako jakýsi reflektor a zesilovač proudu elektronů.

Tento pokus tedy zároveň slibuje pokrok v radiační onkologii. Představme si, že vezmeme zlaté nanočástice, naneseme na jejich povrch atomy jódu 125 a to vše navážeme k protilátkám, které vyhledávají a ničí rakovinné nádory. Vše rozpustíme v roztoku a ten injekčně vstříkneme do pacientova těla. Nanočástice se pak připojí k buňkám nádoru a budou jejich DNA ničit nablízko pomocí nízkoenergetických elektronů. Později budou nanočástice se zbytky navázaných atomů jódu vyplaveny z těla, na rozdíl od volných atomů radioaktivního jódu 125, které mají tendenci hromadit se ve štítné žláze, kde by pak mohly způsobit rakovinu. Popsaná metoda by navíc mohla být značně efektivnější v boji proti rakovinným buňkám než dnešní způsoby, například implantace radioaktivního jódu v titanových kapslích do nádoru.

Vědci, pracující u silného rentgenového laseru (Linac Coherent Light Source) ve stanfordské laboratoři s lineárním urychlovačem (SLAC National Accelerator Laboratory), zase byli nedávno schopni natočit film, v jehož hlavní roli účinkovaly měnící se molekuly plynu. Časové detaily zde dosáhly hranice 25 biliardtin. Konkrétně vědci zachytili proces, během kterého se cyklická prstencovitá molekula 1,3-cyclohexadienu (CHD) rozlomila působením dopadajícího pulsu ultrafialového světla.

Zdroje: Phys.Org 1, Phys.Org 2, Nature materials, Physical review letters, APS