As ondas de ultrassom - ondas sonoras com frequências mais altas do que os humanos podem ouvir - já foram usadas como tratamento contra o ca¢ncer, embora em uma abordagem abrangente: explosaµes de ultrassom de alta intensidade podem aquecer tecidos, matando câncer e células normais em uma área-alvo . Agora, cientistas e engenheiros estãoexplorando o uso do ultra-som pulsado de baixa intensidade (LIPUS), em um esfora§o para criar um tratamento mais seletivo.

Um estudo que descreve a eficácia da nova abordagem em modelos de células foi publicado em Applied Physics Letters em 7 de janeiro. Os pesquisadores por trás do trabalho alertam que ainda épreliminar - ainda não foi testado em um animal vivo e muito menos em humanos, e ainda existem vários desafios importantes a serem enfrentados - mas os resultados atéagora são promissores.

A pesquisa começou cinco anos atrás, quando Michael Ortiz , Frank e Ora Lee Marble, professor de Aerona¡utica e Engenharia Meca¢nica da Caltech , se perguntaram se as diferenças físicas entre células cancera­genas e células sauda¡veis ​​- coisas como tamanho, espessura da parede celular e tamanho das células. organelas dentro delas - podem afetar como elas vibram quando bombardeadas com ondas sonoras e como as vibrações podem desencadear a morte de células cancera­genas. "Tenho meus momentos de inspiração", diz Ortiz ironicamente.

Animado com os resultados, Ortiz solicitou e recebeu financiamento para continuar a pesquisa por meio da Rothenberg Innovation Initiative (RI2) da Caltech , um programa dotado lana§ado com financiamento do falecido administrador da Caltech Jim Rothenberg e sua esposa, Anne Rothenberg, para apoiar projetos de pesquisa com alta potencial comercial. Ortiz também recrutou a aluna de doutorado Erika F. Schibber (MS '16, PhD '19), cuja pesquisa envolveu o estudo de vibrações em satanãlites, para trabalhar no projeto.

Ortiz então convidou Mory Gharib (PhD '83), Hans W. Liepmann Professor de Aerona¡utica e Engenharia Bioinspirada, para participar de uma reunia£o de seu grupo de pesquisa. Gharib, um inventor prola­fico, conduziu numerosos desenvolvimentos de pesquisa desde o laboratório atéo mercado. Por exemplo, uma va¡lvula carda­aca protanãtica de pola­mero que ele projetou foi implantada em um ser humano pela primeira vez em julho e também criou um aplicativo para smartphone para monitorar a saúde do coração ; um implante ocular que ele projetou para prevenir a cegueira relacionada ao glaucoma foi implantado em mais de 500.000 pacientes desde 2012.

Intrigado com o projeto, Gharib apresentou a idanãia a um de seus consultores, David Mittelstein. Como aluno de graduação no Programa de MD-PhD, administrado pela Caltech e pela Keck School of Medicine da USC, Mittelstein já estava trabalhando na va¡lvula protanãtica de pola­mero com Gharib. Mas, no projeto de oncotripsia, ele viu a oportunidade de participar de pesquisas desde sua concepção tea³rica atésua prova de conceito.

Mittelstein reuniu uma equipe para enfrentar o projeto, recrutando o especialista em ultrassom Mikhail Shapiro , professor de engenharia química da Caltech. Shapiro recentemente criou um sistema que permite que o ultrassom revele a expressão gaªnica no corpo e projetou bactanãrias que refletem as ondas sonoras, para que possam ser rastreadas pelo corpo por meio do ultrassom.

No Laborata³rio Shapiro, Mittelstein começou a submeter o carcinoma hepatocelular, um câncer de fígado comum, a várias frequências e pulsos de ultrassom, além de medir os resultados.

Enquanto isso, o administrador da Caltech, Eduardo A. Repetto (PhD '98), apresentou Ortiz a Peter P. Lee , presidente do Departamento de Imuno-Oncologia da City of Hope, um centro de pesquisa e câncer em Duarte. Como médico-cientista, Lee éapaixonado por receber novos tratamentos para os pacientes. "Quando soube disso, pensei que era intrigante e que, se funcionasse, poderia ser uma maneira revoluciona¡ria de tratar o ca¢ncer", diz Lee. Outros pesquisadores da City of Hope, incluindo o pa³s-doutorado Jian Ye e o oncologista M. Houman Fekrazad, também se juntaram ao projeto.

A esperana§a, diz Lee, éque o ultrassom mate as células cancera­genas de uma maneira especa­fica que também envolva o sistema imunológico e o desperte para atacar todas as células cancera­genas remanescentes após o tratamento.

"As células cancera­genas são bastante heterogaªneas, mesmo dentro de um aºnico tumor", explica Lee, "então seria quase impossí­vel encontrar uma variedade de configurações para o ultrassom que poderiam matar todas as células cancera­genas. Isso deixaria as células sobreviventes que poderiam causar uma tumor a regredir. "

Mais de 50 milhões de células morrem em seu corpo todos os dias. A maioria dessas mortes ocorre quando as células simplesmente envelhecem e morrem naturalmente atravanãs de um processo chamado apoptose. a€s vezes, no entanto, as células morrem como resultado de infecção ou lesão. Um sistema imunológico sauda¡vel pode dizer a diferença entre apoptose e lesão, ignorando o primeiro enquanto corre para o local do último para atacar qualquer pata³geno invasor.

Se o ultrassom puder ser usado para causar a morte celular de uma maneira que o sistema imunológico do corpo reconhea§a como lesão, e não como apoptose, isso pode levar o local do tumor a ser inundado com gla³bulos brancos que podem atacar as células cancera­genas restantes.

"Estamos aprendendo mais sobre como diferentes células cancera­genas vibram e sustentam danos ao longo de muitos ciclos de insonação, um processo que chamamos de 'fadiga celular'" ", diz Schibber, que defendeu sua tese sobre o tema em 2019 e agora épesquisador de pa³s-doutorado. aeroespacial em Caltech. No laboratório de Shapiro, Mittelstein descobriu que a formação de pequenas bolhas (um processo chamado cavitação) que também poderia causar alguns dos danos. Juntos, esses desenvolvimentos estãofornecendo uma base conceitual para a compreensão das tendaªncias observadas nos experimentos.

Mittelstein espera permanecer envolvido no projeto após sua defesa da dissertação, mas, acima de tudo, estãoansioso para ver a pesquisa continuar e um dia levar a um tratamento eficaz contra o ca¢ncer.

"Esta éuma emocionante prova de conceito para um novo tipo de terapia contra o câncer que não exige que o câncer tenha marcadores moleculares exclusivos ou que seja localizado separadamente de células sauda¡veis ​​a serem alvejadas. Em vez disso, podemos ser capazes de atingir células cancera­genas. com base em suas propriedades físicas únicas ", diz ele.