Τα καλά νέα στη μάχη κατά του καρκίνου έρχονται αυτή τη φορά από το Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας, του ΙΤΕ, το οποίο ανοίγει τον δρόμο σε μια πρωτοποριακή μέθοδο που μπορεί να νικήσει τα καρκινικά κύτταρα και να μειώσει τις συνέπειες από τις ακτινοθεραπείες και τις χημειοθεραπείες στους ασθενείς. “Όπλο” σε αυτή τη μάχη είναι βελτιστοποιημένοι νανοκρύσταλλοι, δηλαδή μικροσκοπικά σωματίδια, χιλιάδες φορές μικρότερα από έναν κόκκο σκόνης που στοχεύουν στα καρκινικά κύτταρα και αφού θερμανθούν μπορούν να τα καταστρέψουν οδηγώντας τον οργανισμό στο να τα αποβάλλει.
Η πρωτοπορία της έρευνας των επιστημόνων του ΙΗΔΛ του ΙΤΕ έγκειται στη μετεξέλιξη της πολλά υποσχόμενης μεθόδου, μειώνοντας τις όποιες αρνητικές συνέπειες στους ασθενείς. Ως τα σήμερα δηλαδή χρησιμοποιούνταν νανοκρύσταλλοι αρκετά μεγαλύτεροι, οι οποίοι έπρεπε να είναι σε τέλεια μορφή ώστε να μπορούν με τη βοήθεια της θερμότητας να δράσουν. Η ομάδα του ΙΤΕ, με επικεφαλής τον φυσικό, διευθυντή Ερευνών στο Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ δρ. Αλέξανδρο Λάππα, μπόρεσε να προσθέσει νέα σημαντικά στοιχεία στην ανακάλυψη αυτή.
Όπως μας εξήγησε ο διευθυντής Ερευνών του ΙΗΔΛ του ΙΤΕ, όταν οι μικροσκοπικοί αυτοί νανοκρύσταλλοι αποκτήσουν τις κατάλληλες ατέλειες στη δομή τους, ρυθμίζουν τις ηλεκτρονικές τους ιδιότητες με τρόπο που ευνοεί τη μετατροπή της ενέργειάς τους σε θερμότητα. Δηλαδή πρακτικά χρησιμοποιούνται μικρότεροι κρύσταλλοι, που χάρη στις ατέλειές τους είναι σε θέση να παράξουν εξίσου μεγάλες ποσότητες θερμότητας, χωρίς όμως τις αρνητικές συνέπειες των μεγαλύτερων και με τέλεια μορφή.
Όπως εξηγούν οι ερευνητές, οι χρήσιμες αυτές φυσικές ιδιότητες προκύπτουν όταν “διαταράσσεται” η ατομική δομή του κρυστάλλου, με τη δημιουργία “ατελειών”, όπως π.χ. κενών θέσεων, στην άριστα οργανωμένη δομή τους. Ένα τέτοιο σύστημα νανοκρυστάλλων, κατά τη διέγερσή του από ένα εξωτερικό μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, εκλύει περισσότερη θερμική ενέργεια.
Ουσιαστικά αυτό που κάνουν οι μικρότεροι ατελείς νανοκρύσταλλοι είναι να αποδομούν τα καρκινικά κύτταρα συνδυαστικά με τις κλασικές θεραπείες σε ένα συνδυασμό θεραπευτικών οδών που περιορίζει τις όποιες αρνητικές συνέπειες της χημειοθεραπείας και της ακτινοθεραπείας, ενώ λόγω μεγέθους είναι πιο εύκολα στοχεύσιμοι, διαχειρίσιμοι και αποτελεσματικοί.
Οι νανοκρύσταλλοι αυτοί μπορούν να δράσουν με επιτυχία σε περιπτώσεις που έχει γίνει έγκαιρη διάγνωση του καρκίνου, ώστε να είναι δυνατόν να καταστραφούν τα επικίνδυνα κύτταρα πριν επεκταθούν. Εκτός από την υγεία, η νέα αυτή προσέγγιση ανοίγει νέους δρόμους για έξυπνες εφαρμογές, μεταξύ άλλων, στην ενέργεια, τους αισθητήρες, κ.α.
Η σχετική έρευνα, με τίτλο “Vacancy - driven Non - cubic Local Structure and Magnetic Anisotropy Tailoring in FexO - Fe3 - δΟ4 Nanocrystals”, δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό “Physical Review Χ”. Για την υλοποίηση αυτής της ερευνητικής αποστολής, ο φυσικός, διευθυντής Ερευνών στο ΙΗΔΛ του ΙΤΕ, δρ. Αλέξανδρος Λάππας, συντόνισε ένα διεπιστημονικό δίκτυο συνεργασίας ευρωπαϊκών και αμερικανικών επιστημονικών ομάδων, που επέτρεψε τη συνδυαστική άντληση γνώσης, μέσω θεωρητικής-υπολογιστικής φυσικής (ΙΝΝ, “Δημόκριτος”, Ελλάδα), μαγνητικών μετρήσεων (CNR - SPIN & UNINA, Ιταλία), ανάλυσης νανοϋλικών (LCN, Αγγλία) και προηγμένων διαγνωστικών εργαλείων φωτονικής (CMPMSD, BNL, ΗΠΑ).
Το “φως” ήταν το “κλειδί” για την ανακάλυψη
Όπως σημειώνουν οι επιστήμονες, “κλειδί” για την ανακάλυψη αποτέλεσε η χρήση εξαιρετικά ισχυρής ακτινοβολίας φωτός που παράγεται κατά την επιτάχυνση σωματιδίων, στις υποδομές μεγάλων ερευνητικών εγκαταστάσεων (NSLS - ΙΙ, BNL, ΗΠΑ). Το ισχυρό αυτό φως, σαν ένας εξαίρετης απεικονιστικής ικανότητας μεγεθυντικός φακός, καταγράφει τη διάταξη των ατόμων, προβάλλοντας με μοναδικό τρόπο την όποια μικρή ατέλεια και παραμόρφωση στον κρύσταλλο.
Όπως εξηγεί χαρακτηριστικά ο δρ. Αλέξανδρος Λάππας, επικεφαλής του Εργαστηρίου Κβαντικών Υλικών και Μαγνητισμού στο ΙΗΔΛ - ΙΤΕ, «η μεταβολή της συμμετρίας, λόγω κενών θέσεων στο πλέγμα, τροποποιεί τη μαγνητική απόκριση του νανοκρυστάλλου προς την ευνοϊκή κατεύθυνση. Λόγω της αταξίας που προκαλείται στη δομή του, γίνεται πιο δύσκολη η συλλογική χαλάρωση των στοιχειωδών μαγνητών που τον αποτελούν.
Αυτή η αξιοσημείωτη ιδιότητα επιτρέπει τη σχεδόν δεκαπλάσια έκλυση θερμικής ενέργειας, σε σχέση με άλλα νανοϋλικά που στερούνται δομικών ατελειών. Η αντίσταση που υφίστανται οι στοιχειώδεις μαγνήτες θυμίζει εκείνη ενός σώματος, που καθώς προσπαθεί να διέλθει μέσα από ένα ρευστό, επιβραδύνεται ταχύτατα όσο αυξάνει η πυκνότητα του μέσου, και έτσι η κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα».
