Forskning tester, hvilket nanosystem der fungerer bedst til kræftbehandling

(Phys.org) —I aktuel forskning relateret til forbedring af kræftbehandlinger, et lovende forskningsområde er bestræbelserne på at finde måder til selektivt at lokalisere og målrette cancerceller og samtidig minimere virkningerne på raske celler.

I den indsats, det er allerede blevet fundet i laboratorieforsøg, at jernoxid-nanopartikler, når de opvarmes og derefter anvendes specifikt på kræftceller, kan dræbe disse celler, fordi kræftceller er særligt modtagelige for ændringer i temperatur. At øge temperaturen på kræftceller til over 43 grader Celsius (ca. 109 grader Fahrenheit) i en tilstrækkelig periode kan dræbe disse celler.

Så, et team ledet af University of Cincinnati – sammen med forskere ved Iowa State University, University of Michigan og Shanghai Jiao Tong University - udførte for nylig eksperimenter for at se, hvilke jernoxid-nanopartikelkonfigurationer eller -arrangementer der kunne fungere bedst som et værktøj til at levere denne dræbende varme direkte til kræftceller, specifikt til brystkræftceller. Resultaterne vil blive præsenteret på American Physical Society-konferencen den 3.-7. marts i Denver af UC fysik-doktorand Md Ehsan Sadat.

Ved systematisk at studere fire distinkte magnetiserede nanopartikelsystemer med forskellige strukturelle og magnetiske egenskaber, forskerholdet fandt, at et ubegrænset nanopartikelsystem, som brugte et elektromagnetisk felt til at generere varme, var bedst i stand til at overføre varme absorberet af kræftceller.

Så, fra det sæt af studerede nanosystemer, forskerne fandt ud af, at ubelagte jernoxidnanopartikler og jernoxidnanopartikler belagt med polyacrylsyre (PAA) – som begge var ubegrænsede eller ikke indlejret i en matrix – opvarmedes hurtigt og til temperaturer mere end tilstrækkelige til at dræbe kræftceller.

Ubelagte jernoxidnanopartikler steg fra en stuetemperatur på 22 grader Celsius til 66 grader Celsius (ca. 150 grader Fahrenheit).

Jernoxid-nanopartikler belagt med polyacrylsyre (PAA) opvarmet fra en stuetemperatur på 22 grader Celsius til 73 grader Celsius (ca. 163 grader Fahrenheit.)

Målet var at bestemme opvarmningsadfærden af ​​forskellige jernoxid-nanopartikler, der varierede med hensyn til de materialer, der blev brugt i nanopartikelapparatet, samt partikelstørrelse, partikelgeometri, mellem partikelafstand, fysisk indespærring og omgivende miljø, da disse er nøglefaktorerne, der i høj grad påvirker det, der kaldes den specifikke absorptionsrate (SAR), eller den målte hastighed, hvormed den menneskelige krop kan absorbere energi (i dette tilfælde varme), når den udsættes for et elektromagnetisk felt.

Ifølge Sadat, "Det, vi fandt, var, at størrelsen af ​​partiklerne og deres anisotrope (retningsbestemte) egenskaber stærkt påvirkede den opnåede magnetiske opvarmning. Med andre ord, jo mindre partiklerne er og jo større er deres retningsmæssige ensartethed langs en akse, jo større opvarmning blev opnået."

Han tilføjede, at systemernes opvarmningsadfærd også var påvirket af koncentrationerne af tilstedeværende nanopartikler. Jo højere koncentration af nanopartikler (jo større antal nanopartikler og jo tættere opsamlet), jo lavere SAR eller den hastighed, hvormed vævet var i stand til at absorbere den genererede varme.

De fire undersøgte systemer

Forskerne undersøgte

• ubelagte jernoxid-nanopartikler
• jernoxid-nanopartikler belagt med polyacrylsyre (PAA)
• en polystyren nanosfære med jernoxid-nanopartikler ensartet indlejret i sin matrix
• en polystyren nanosfære med jernoxid-nanopartikler ensartet indlejret i sin matrix, men med en tynd filmoverflade af silica

Alle fire nanopartikelsystemer blev udsat for det samme magnetfelt i 35 minutter, og temperaturmålinger blev udført med to minutters intervaller.

Som sagt, PAA-jernoxid- og de ubelagte jernoxidprøver viste den højeste temperaturændring. De laveste temperaturændringer, utilstrækkelig til at dræbe kræftceller, blev udstillet af

• Polystyren nanosfæren, som opvarmes til 36 grader Celsius (ca. 96 grader Fahrenheit).
• Polystyren nanosfæren med en silicabelægning opvarmet til 40 grader Celsius (104 grader Fahrenheit).