دانشمندان دانشگاه کلرادو بولدر و دانشگاه پرینستون برای اولین بار از ابزارهای زمین‌شناسی برای تشخیص علائم اتمی منحصر به فرد سرطان استفاده کرده است که به‌طور بالقوه امکان تشخیص زودهنگام را فراهم می‌کند.
به گزارش تکناک، در زمینه‌ای که پزشکی با علم زمین تلاقی می‌کند، محققان کشف کردند که سلول‌های سرطانی ممکن است از مجموعه متفاوتی از اتم‌های هیدروژن نسبت به بافت سالم ساخته شوند. این یافته‌ها می‌تواند به پزشکان استراتژی‌های جدیدی برای مطالعه چگونگی رشد و گسترش سرطان بدهد و حتی ممکن است روزی به راه‌های جدیدی برای تشخیص زودهنگام سرطان در بدن منجر شود.
محققان به رهبری اشلی مالونی، یافته‌های خود را این هفته در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNAS) منتشر خواهند کرد.
مالونی گفت: این مطالعه لایه‌ای کاملاً جدید به پزشکی اضافه می‌کند و به ما این فرصت را می‌دهد که سرطان را در سطح اتمی بررسی کنیم.
او توضیح داد که در طبیعت، هیدروژن دارای دو طعم اصلی یا ایزوتوپ است. برخی از اتم‌های هیدروژن که دوتریوم نامیده می‌شوند، کمی سنگین‌تر هستند، در حالی که برخی دیگر که معمولاً به عنوان هیدروژن شناخته می‌شوند، کمی سبک‌تر هستند. در زمین، اتم‌های هیدروژن از اتم‌های دوتریوم با نسبتی حدود 6420 به یک بیشتر است.
برای دهه‌ها، دانشمندان از تعدادی از زمینه‌ها به توزیع طبیعی این اتم‌ها روی آورده‌اند تا سرنخ‌هایی در مورد تاریخ سیاره ما آشکار کنند. برای مثال، دانشمندان علوم آب و هوا، اتم‌های هیدروژن محبوس شده در یخ‌های قطب جنوب را بررسی می‌کنند تا بفهمند که زمین در صدها هزار سال پیش چقدر گرم یا سرد بوده است.
در مطالعه جدید، مالونی و همکارانش از خود پرسیدند: آیا همین اتم‌های کوچک می‌توانند نکاتی در مورد زندگی موجودات زیستی پیچیده ارائه دهند؟
برای کشف این موضوع، این محققان کشت سلول‌های مخمر و کبد موش را در آزمایشگاه پرورش دادند و سپس اتم‌های هیدروژن آنها را تجزیه و تحلیل کردند. آنها کشف کردند که سلول‌هایی که واقعاً سریع رشد می‌کنند، مانند سلول‌های سرطانی، حاوی نسبت بسیار متفاوتی از هیدروژن به اتم‌های دوتریوم هستند.
تحقیقات هنوز در مراحل اولیه است و محققان مطمئن نیستند که چگونه این سیگنال ممکن است در بدن بیماران سرطانی واقعی ظاهر شود یا نه. سباستین کوپف، یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: این پتانسیل می‌تواند بزرگ باشد.
کوپف گفت: اگر زود به سرطان مبتلا شوید، شانس زنده ماندن شما بسیار بیشتر است. اگر این سیگنال ایزوتوپی به اندازه‌ای قوی باشد که بتوان آن را از طریق آزمایش خون تشخیص داد، می‌تواند به شما اشاره مهمی بدهد که چیزی خاموش است.
مسیرهای متابولیک سرطان
این مطالعه حول مفهومی انجام شد که سال‌ها محققان سرطان را به خود مشغول کرده است: متابولیسم.
در شرایط عادی، سلول‌های موجوداتی مانند مخمر و حیوانات از طریق فرآیندی به نام تنفس انرژی تولید می‌کنند که در آن اکسیژن دریافت می‌کنند و دی اکسید کربن آزاد می‌کنند. اما این تنها راه برای بالا بردن قند نیست. به عنوان مثال، کلونی‌های مخمر نانوایی (Saccharomyces cerevisiae)، می‌توانند از طریق تخمیر انرژی تولید کنند، که در آن موجودات بدون کمک اکسیژن، قندها را تجزیه کرده و الکل تولید می‌کنند. این همان فرآیند تولید آبجو است.
کوپف گفت: در انسان، اگر ورزشکاری فراتر از حد هوازی خود عمل کند، ماهیچه‌های او نیز شروع به تخمیر می‌کنند که از اکسیژن استفاده نمی‌کند و یک انرژی سریع به بدن می‌دهد.
همانطور که به نظر می‌رسد، بسیاری از سلول‌های سرطانی نیز از طریق استراتژی مشابهی برای قوی‌تر کردن خود و رشد استفاده می کنند.
دانشمندان مدت هاست که به دنبال راه‌های بیشتری برای ردیابی این تغییرات متابولیک در سلول‌های سرطانی بوده‌اند. مالونی و مشاورش شینینگ ژانگ ایده‌ای را توسعه دادند: ردیابی هیدروژن.
نقش هیدروژن در فرآیندهای سلولی
مالونی اتم‌های هیدروژن را در جلبک‌های جزایر گرمسیری کشف کرد. کار فعلی او از یک منبع بعید الهام گرفته شده است: پدرش که متخصص پوست است.
مالونی گفت: پدرم همیشه سلول‌های سرطانی پوست را از افراد می‌گیرد. من متعجب بودم که چگونه متابولیسم آن سلول‌ها با سلول‌هایی که در کنار آنها رشد می‌کنند، متفاوت است.
برای درک این سوال، دانستن اینکه چگونه هیدروژن در سلول‌ها در وهله اول به جریان می‌افتد، مهم است. در برخی موارد، آن اتم‌ها از آنزیمی که به سختی تلفظ می‌شود، اما بسیار مهم است، به نام نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید فسفات (NADPH) می‌آیند. NADPH در میان نقش‌های متعددی که در سلول‌ها دارد، اتم‌های هیدروژن را جمع‌آوری می‌کند و سپس آنها را در فرآیند ساخت اسیدهای چرب به مولکول‌های دیگر می‌فرستد که یک بلوک ساختمانی مهم برای زندگی است.
با این حال، NADPH همیشه از یک مخزن هیدروژن استخراج نمی‌کند. تحقیقات قبلی به رهبری ژانگ و تمرکز روی باکتری‌ها نشان داد که بسته به اینکه آنزیم‌های دیگر در سلول چه می‌کنند، NADPH ممکن است گاهی اوقات از ایزوتوپ‌های هیدروژن متفاوت استفاده کند.
اگر سرطان متابولیسم سلول را دوباره سیم‌کشی کند، آیا می‌تواند نحوه دریافت هیدروژن NADPH را نیز تغییر دهد و در نهایت ساختار اتمی یک سلول را تغییر دهد؟
پنجره‌ای رو به سرطان
برای شروع به کشف این موضوع، محققان کلونی‌های در حال شکوفایی مخمر را در آزمایشگاه‌های پرینستون و CU بولدر بررسی کردند. به‌طور جداگانه، زیست‌شناسان در پرینستون آزمایشی را با کلونی‌هایی از سلول‌های سالم و سرطانی کبد موش انجام دادند. سپس محققان اسیدهای چرب را از سلول‌ها بیرون کشیدند و از دستگاهی به نام طیف‌سنج جرمی برای شناسایی نسبت اتم‌های هیدروژن در داخل استفاده کردند.
سلول‌های مخمر تخمیری که شبیه سرطان هستند، به‌طور متوسط حاوی 50 درصد اتم‌های دوتریوم کمتری نسبت به سلول‌های مخمر معمولی بودند که تغییری شگفت‌آور است. سلول‌های سرطانی کمبود دوتریوم مشابه اما نه چندان قوی از خود نشان دادند.
ژانگ که نویسنده ارشد این مطالعه این مطالعه است، پدر خود را بر اثر سرطان از دست داده است. او امیدوار است که نتایج روزی بتواند به خانواده‌هایی مانند خودش کمک کند.
