Kemikere propper to millioner nanorods ind i en enkelt kræftcelle

(PhysOrg.com) - Rice University kemikere har fundet en måde at indlæse mere end 2 millioner små guldpartikler kaldet nanorods i en enkelt kræftcelle. Gennembruddet kunne fremskynde udviklingen af ​​kræftbehandlinger, der ville bruge nanorods som små varmeelementer til at tilberede tumorer indefra.

Forskningen vises online i denne uge i det kemiske tidsskrift Angewandte Chemie International Edition .

"Brystkræftcellerne, som vi undersøgte, var så fyldt med guld nanorods, at deres masse i gennemsnit steg med omkring 13 procent, " sagde studieleder Eugene Zubarev, lektor i kemi ved Rice. "Bemærkelsesværdigt, cellerne fortsatte med at fungere normalt, selv med alt dette guld indeni dem."

Selvom det ultimative mål er at dræbe kræft, Zubarev sagde, at strategien er at levere ikke-toksiske partikler, der kun bliver dødelige, når de aktiveres af en laser. Nanoroderne, som er på størrelse med en lille virus, kan høste og omdanne ellers harmløst lys til varme. Men fordi hver nanorod udstråler minimal varme, mange er nødvendige for at dræbe en celle.

"Ideelt set du gerne vil bruge en laveffektlaser for at minimere risikoen for sundt væv, og jo flere partikler du kan lade inde i cellen, jo lavere du kan indstille effektniveauet og bestrålingstiden, " sagde Zubarev, en efterforsker ved Rices BioScience Research Collaborative (BRC).

Desværre, forskere, der studerer guld nanorods, har haft svært ved at indlæse et stort antal partikler i levende celler. Til at begynde med, nanorods er rent guld, hvilket betyder, at de ikke opløses i opløsning, medmindre de kombineres med en form for polymer eller overfladeaktivt stof. Den mest almindeligt anvendte af disse er cetyltrimethylammoniumbromid, eller CTAB, et sæbeholdigt kemikalie, der ofte bruges i hårbalsam.

CTAB er en nøgleingrediens i produktionen af ​​nanorods, så videnskabsmænd har ofte stolet på det for at gøre nanorods opløselige i vand. CTAB udfører dette job ved at belægge overfladen af ​​nanoroderne på nogenlunde samme måde, som sæbe omslutter og opløser dråber af fedt i opvaskevand. CTAB-indkapslede nanorods har også en positiv ladning på deres overflader, som tilskynder celler til at indtage dem. Desværre, CTAB er også giftigt, hvilket gør det problematisk for biomedicinske applikationer.

I den nye forskning, Zubarev, Ris kandidatstuderende Leonid Vigderman og tidligere kandidatstuderende Pramit Manna, nu hos Applied Materials Inc., beskrive en metode til fuldstændig at erstatte CTAB med et nært beslægtet molekyle kaldet MTAB, der har to yderligere atomer knyttet i den ene ende.

De yderligere atomer - et svovl og et brint - gør det muligt for MTAB at danne en permanent kemisk binding med guld nanorods. I modsætning, CTAB binder svagere til nanorods og har en tendens til at lække ind i omgivende medier fra tid til anden, som menes at være den underliggende årsag til CTAB-indkapslet nanorod toksicitet.

Det tog Zubarev, Vigderman og Manna flere år for at identificere den optimale strategi til at syntetisere MTAB og erstatte det med CTAB på overfladen af ​​nanoroderne. Ud over, de udviklede en oprensningsproces, der fuldstændigt kan fjerne alle spor af CTAB fra en opløsning af nanorods.