Nye nanopartikler forhindrer strålingsskader under kræftbehandling

(PhysOrg.com) -- Nanopartikler dækket med det naturlige pigment melanin kan beskytte knoglemarven mod de skadelige virkninger af strålebehandling mod kræft, ifølge videnskabsmænd ved Albert Einstein College of Medicine fra Yeshiva University, som med succes testede strategien i musemodeller. Resultaterne af denne undersøgelse, som blev instrueret af Ekaterina Dadachova, blev offentliggjort i 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. Faktisk, tidligere forskning af 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.

For at levere melanin til knoglemarven, forskerne besluttede at bruge nanopartikler. "Vi ønskede at udtænke en måde at give beskyttende melanin til knoglemarven, ” sagde Dr. Dadachova. "Det er der, der dannes blod, og knoglemarvsstamcellerne, der producerer blodceller, er ekstremt modtagelige for de skadelige virkninger af stråling." Hun og hendes kolleger skabte melanin nanopartikler ved at belægge 20 nanometer silicapartikler med flere lag melaninpigment, 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 strålingsemitterende 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 indikerer, 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.

Dette arbejde er beskrevet detaljeret i et papir med titlen, "Melanin-dækkede nanopartikler til beskyttelse af knoglemarv under strålebehandling af kræft." Et sammendrag af denne artikel er tilgængelig på tidsskriftets hjemmeside.