Nye nanopartikler forhindrer strålingsskader (m/ video)

Lille bitte, melanin-dækkede nanopartikler kan beskytte knoglemarv mod de skadelige virkninger af strålebehandling, ifølge videnskabsmænd ved Albert Einstein College of Medicine fra Yeshiva University, som med succes testede strategien i musemodeller. Infusion af disse partikler i menneskelige patienter kan være lovende i fremtiden. Forskningen er beskrevet i det aktuelle nummer af International Journal of Radiation Oncology, Biologi og fysik .

Strålebehandling bruges til at dræbe kræftceller og formindske tumorer. Men fordi stråling også skader normale celler, læger skal begrænse dosis. Melanin, det naturligt forekommende pigment, der giver hud og hår sin farve, hjælper med at beskytte huden mod de skadelige virkninger af sollys og har vist sig at beskytte mod stråling.

"En teknik til at beskytte normale celler mod strålingsskader ville give læger mulighed for at administrere højere doser af stråling til tumorer, gøre behandlingen mere effektiv, " sagde Ekaterina Dadachova, Ph.D., lektor i nuklear medicin og i mikrobiologi og immunologi og Sylvia og Robert S. Olnick fakultetsstipendiat i kræftforskning ved Einstein, samt seniorforfatter af undersøgelsen.

I tidligere offentliggjort forskning, Dr. Dadachova og kolleger viste, at melanin beskytter mod stråling ved at hjælpe med at forhindre dannelsen af ​​frie radikaler, som forårsager DNA-skader, og ved at fjerne de frie radikaler, der dannes.

"Vi ønskede at udtænke en måde at give beskyttende melanin til knoglemarven, " sagde Dr. Dadachova. "Det er der blod dannes, og de knoglemarvsstamceller, der producerer blodceller, er ekstremt modtagelige for de skadelige virkninger af stråling."

Dr. Dadachova og hendes kolleger fokuserede på at pakke melanin i partikler så små, at de ikke ville blive fanget af lungerne, lever eller milt. De skabte "melanin nanopartikler" ved at belægge små (20 nanometer i diameter) silica (sand) partikler med flere lag melanin pigment, som de syntetiserede i deres laboratorium.

Forskerne fandt ud af, at disse partikler med succes satte sig fast i knoglemarven efter at være blevet injiceret i mus. Derefter, i en række eksperimenter, de undersøgte, om deres nanopartikler ville beskytte knoglemarven hos mus behandlet med to typer stråling.

I det første eksperiment, en gruppe mus blev injiceret med nanopartikler, og en anden gruppe var ikke. Tre timer senere, begge grupper blev udsat for helkropsstråling. I de næste 30 dage, forskerne overvågede musenes blod, leder efter tegn på knoglemarvsskade såsom nedsat antal hvide blodlegemer og blodplader.

Sammenlignet med kontrolgruppen, dem, der modtog melanin-nanopartikler før strålingseksponering klarede sig meget bedre; deres niveauer af hvide blodlegemer og blodplader faldt meget mindre brat. Ti dage efter bestråling, for eksempel, Blodpladeniveauer var kun faldet med 10 procent hos mus, der havde modtaget nanopartikler sammenlignet med et fald på 60 procent hos ubehandlede mus. Desuden, niveauet af hvide blodlegemer og blodplader vendte tilbage til det normale meget hurtigere end i kontrolmusene.

Et andet eksperiment vurderede ikke kun knoglemarvsbeskyttelse, men også om nanopartiklerne kunne have den uønskede virkning at infiltrere og beskytte tumorer, der blev målrettet med stråling. To grupper af mus blev injiceret med melanomceller, der dannede melanomtumorer. Efter at en gruppe mus blev injiceret med melanin nanopartikler, begge grupper modtog en eksperimentel strålebehandling designet af Dr. Dadachova og hendes kolleger specifikt til behandling af melanom.

Denne behandling bruger en strålingsudsendende isotop "piggybacked" på et antistof, der binder til melanin. Når det injiceres i blodbanen, antistofferne hænger fast på de frie melanin-partikler, der frigives af celler i melanom-tumorer. Deres isotoper udsender derefter stråling, der dræber nærliggende melanom tumorceller.

Efter det andet eksperiment, melanom-tumorerne skrumpede betydeligt og i samme omfang i begge grupper af mus - hvilket tyder på, at de melaniserede nanopartikler ikke forstyrrede strålebehandlingens effektivitet. Og endnu en gang, de melaniserede nanopartikler forhindrede strålingsinduceret knoglemarvsskade:mellem den tredje og syvende dag efter, at antistof-isotop-strålebehandlingen blev administreret, mus, der blev injiceret med nanopartikler, oplevede et fald i hvide blodlegemer, der var betydeligt mindre, end det skete hos mus, der ikke var forbehandlet med nanopartikler.

"Evnen til at beskytte knoglemarven vil gøre det muligt for læger at bruge mere omfattende kræftdræbende strålebehandlinger, og dette vil forhåbentlig udmønte sig i højere tumorresponsrater, " sagde Arturo Casadevall, M.D., Ph.D., professor i medicin og i mikrobiologi og immunologi, Leo og Julia Forchheimer-lærestolen i mikrobiologi og immunologi, og medforfatter til undersøgelsen.

Nogle nanopartikler kunne stadig findes i knoglemarven 24 timer efter deres injektion, hvilket ikke burde udgøre et problem. "Da nanopartiklerne hurtigt fjernes af fagocytiske celler, det er usandsynligt, at de beskadiger knoglemarven, " sagde Dr. Dadachova. "Vi har ikke opdaget nogen bivirkninger forbundet med administration af partiklerne."

"Disse resultater er opmuntrende for andre potentielle anvendelser af melanin, herunder strålebeskyttelse af andet strålingsfølsomt væv, såsom mave-tarmkanalen, " bemærkede Andrew Schweitzer, M.D., tidligere Howard Hughes Medical Institute-stipendiat ved Einstein og hovedforfatter af undersøgelsen.

Kliniske forsøg, der tester, om melaniserede nanopartikler kan beskytte kræftpatienter, der gennemgår strålebehandling, kan begynde om to til tre år. Dr. Dadachova forudsagde. Hun bemærkede også, at melaniserede nanopartikler også kan have andre anvendelser, såsom beskyttelse af arbejdere, der har til opgave at rydde op i nukleare ulykker, beskytte astronauter mod strålingseksponering i rummet, eller endda beskytte mennesker efter et atomangreb.