Synthesis, Characterization, and In Vitro Radiosensitizing Evaluation of Au@Pt-Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes for Breast Cancer Radiotherapy

कैंसर का उपचार अक्सर एक नाजुक संतुलन पर निर्भर करता है: आसपास के स्वस्थ ऊतकों को नुकसान पहुँचाए बिना ट्यूमर को नष्ट करने के लिए पर्याप्त विकिरण (रेडिएशन) पहुँचाना। डॉक्टर कैंसर कोशिकाओं के भीतर डीएनए को नुकसान पहुँचाने के लिए उच्च-ऊर्जा एक्स-रे का उपयोग करते हैं, जिससे वे प्रभावी रूप से विभाजित होना बंद कर देती हैं या मर जाती हैं। हालाँकि, इस दृष्टिकोण की एक महत्वपूर्ण सीमा है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि ट्यूमर पूरी तरह से खत्म हो जाए, विकिरण की खुराक अक्सर इतनी अधिक रखनी पड़ती है कि इससे पास के अंगों को नुकसान पहुँचने का जोखिम रहता है। इसके विपरीत, स्वस्थ ऊतकों की रक्षा के लिए खुराक को कम करने से कुछ कैंसर कोशिकाएं जीवित रह सकती हैं, जिससे बीमारी वापस आ सकती है। इसे हल करने के लिए, वैज्ञानिकों ने लंबे समय से विकिरण को विशेष रूप से ट्यूमर के भीतर अधिक प्रभावी बनाने के तरीके खोजे हैं, जिसे रेडियोसेंसिटाइजेशन (radiosensitization) नामक रणनीति कहा जाता है। इसका लक्ष्य ऐसे पदार्थों का उपयोग करना है जो छोटे एम्पलीफायर की तरह काम करें, जो विकिरण ऊर्जा को अवशोषित करें और उसे ठीक वहीं एक अधिक विनाशकारी बल में बदल दें जहाँ इसकी आवश्यकता है, जिससे शरीर के बाकी हिस्सों को बचाया जा सके।

हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने स्तन कैंसर के लिए इस प्रक्रिया को बेहतर बनाने के उद्देश्य से एक नए प्रकार के सूक्ष्म वाहक (microscopic carrier) को विकसित किया है। उन्होंने सिंगल-वॉल्ड कार्बन नैनोट्यूब के चारों ओर एक जटिल संरचना बनाई है, जो अनिवार्य रूप रूप से कार्बन परमाणुओं से बनी छोटी, खोखली सिलेंडरों जैसी होती है। ये नैनोट्यूब एक मजबूत मचान (scaffold) के रूप में कार्य करते हैं। इस मचान से, टीम ने सोने और प्लैटिनम के हाइब्रिड नैनोकणों को जोड़ा है। सोना और प्लैटिनम भारी धातुएं हैं जो एक्स-रे के साथ मजबूती से प्रतिक्रिया करती हैं; जब इन पर विकिरण टकराता है, तो वे माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों (secondary electrons) की एक बाढ़ छोड़ते हैं जो पास की कोशिकाओं को तीव्र स्थानीय क्षति पहुँचाते हैं। हालाँकि, केवल इन धातुओं को नैनोट्यूब के साथ मिलाना चिकित्सा उपचार के लिए पर्याप्त नहीं है। सामग्रियों को शरीर के लिए सुरक्षित, रक्तप्रवाह में यात्रा करने में सक्षम और विशेष रूप से कैंसर कोशिकाओं को खोजने में सक्षम होना चाहिए। इसे प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं ने धातु-सज्जित नैनोट्यूब को बोवाइन सीरम एल्ब्यूमिन (bovine serum albumin) के साथ कोट किया, जो एक सामान्य प्रोटीन है जो शरीर को इस बाहरी वस्तु को स्वीकार करने में मदद करता है, और फोलिक एसिड जोड़ा, जो एक विटामिन है जो स्तन कैंसर कोशिकाओं के लिए एक होमिंग सिग्नल (मार्गदर्शक संकेत) के रूप में कार्य करता है, क्योंकि इनमें अक्सर फोलिक एसिड को पकड़ने वाले रिसेप्टर्स की प्रचुरता होती है।

ईरान और स्लोवेनिया के नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ केमिस्ट्री के वैज्ञानिकों के नेतृत्व में टीम ने इन घटकों को संश्लेषित (synthesize) करने से शुरुआत की। उन्होंने लैब में उगाए गए कार्बन नैनोट्यूब से शुरुआत की और अशुद्धियों को दूर करने के लिए उन्हें शुद्ध किया। फिर उन्होंने ट्यूबों को ऑक्सीजन के साथ उपचारित किया ताकि उनकी सतह रासायनिक रूप से सक्रिय हो सके, जिससे वे धातु के कणों के साथ जुड़ सकें। इसके बाद, उन्होंने नैनोट्यूब को सोने और प्लैटिनम के लवणों (salts) वाले घोलों के साथ मिलाया। एक रासायनिक रिड्यूसर (reducer) को जोड़कर, उन्होंने सोने और प्लैटिनम को सीधे नैनोट्यूब की सतह पर छोटे हाइब्रिड नैनोकणों के रूप में बनने दिया। अंत में, उन्होंने प्रोटीन और फोलिक एसिड को सतह से जोड़ा, जिससे एक पूर्ण, बहुक्रियाशील पैकेज तैयार हुआ। शोधकर्ताओं ने विभिन्न विश्लेषणात्मक उपकरणों का उपयोग करके अपनी रचना की संरचना की पुष्टि की। उन्होंने देखा कि अंतिम उत्पाद में इसके सभी भागों के अपेक्षित रासायनिक संकेत थे: कार्बन ट्यूब, सोना और प्लैटिनम धातुएं, प्रोटीन कोटिंग और फोलिक एसिड। सूक्ष्मदर्शी छवियों ने दिखाया कि धातु के कण नैनोट्यूब के साथ समान रूप से वितरित थे, और पूरी संरचना पानी में स्थिर रही, जो इंजेक्शन के लिए इच्छित किसी भी पदार्थ के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता है।

यह परीक्षण करने के लिए कि क्या यह नया पदार्थ वास्तव में काम करता है, शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला सेटिंग में एक माउस मॉडल से स्तन कैंसर कोशिकाओं को एक्स-रे के संपर्क में लाया। उन्होंने अकेले विकिरण के प्रभावों की तुलना उनके नए नैनोमटेरियल के साथ विकिरण के संयोजन के विरुद्ध, और उन संस्करणों के विरुद्ध भी की जिनमें फोलिक एसिड या धातु के कणों का अभाव था। परिणामों से पता चला कि नैनोमटेरियल अपने आप में कोशिकाओं के लिए विषाक्त नहीं था, जिसका अर्थ है कि विकिरण के ट्रिगर के बिना यह उन्हें नुकसान नहीं पहुँचाएगा। हालाँकि, जब कोशिकाओं को पूर्ण नैनोमटेरियल के साथ उपचारित किया गया और फिर एक्स-रे से टकराया गया, तो कैंसर कोशिकाएं अन्य किसी भी समूह की तुलना में बहुत अधिक दर से मरीं। सबसे प्रभावी संयोजन में नैनोमटेरियल की उच्चतम सांद्रता और 8 ग्रे (Gray) की विकिरण खुराक शामिल थी। इन परिस्थितियों में, उपचार ने नियंत्रण समूहों की तुलना में जीवित कैंसर कोशिकाओं की संख्या को लगभग 42 प्रतिशत कम कर दिया। कोशिकाओं के जीवित रहने में यह महत्वपूर्ण गिरावट बताती है कि भारी धातु नैनोकणों ने सफलतापूर्वक एक्स-रे से होने वाले नुकसान को बढ़ाया, और फोलिक एसिड ने यह सुनिश्चित करने में मदद की कि सामग्री केवल पास से तैरने के बजाय कैंसर कोशिकाओं द्वारा अवशोषित की जाए।

अध्ययन इंगित करता है कि यह विशिष्ट डिज़ाइन, जिसमें कार्बन नैनोट्यूब वाहक के साथ गोल्ड-प्लेटिनम नैनोकण और एक लक्ष्यीकरण विटामिन का संयोजन है, विकिरण चिकित्सा को अधिक सटीक बनाने का एक आशाजनक तरीका प्रदान करता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि उपचार की प्रभावशीलता उपयोग की गई सामग्री की मात्रा और विकिरण की खुराक की शक्ति दोनों पर निर्भर करती है, जो दोनों के बीच एक स्पष्ट संबंध दिखाती है। हालांकि यह अध्ययन पूरी तरह से प्रयोगशाला के बर्तन (dish) में किया गया था और जीवित जानवरों या मनुष्यों में नहीं, फिर भी परिणाम इस बात के पुख्ता सबूत हैं कि यह दृष्टिकोण विकिरण चिकित्सा की पारंपरिक सीमाओं को पार कर सकता है। एक्स-रे के साथ स्वाभाविक रूप से प्रतिक्रिया करने वाली सामग्रियों का उपयोग करके और उन्हें सीधे ट्यूमर तक निर्देशित करके, यह विधि संभावित रूप से डॉक्टरों को रोगी के लिए दुष्प्रभावों के जोखिम को कम करते हुए कैंसर कोशिकाओं को अधिक गहनता से नष्ट करने की अनुमति दे सकती है। यह कार्य नैनोस्केल उपकरणों को इंजीनियर करने की दिशा में एक कदम है जिन्हें किसी बीमारी की विशिष्ट जीव विज्ञान के अनुरूप ढाला जा सकता है, जो एक ऐसे भविष्य की ओर ले जाता है जहाँ कैंसर उपचार अधिक शक्तिशाली और अधिक चयनात्मक (selective) दोनों हो सकते हैं।