Fysikere skaber nye nanopartikler til kræftbehandling

En fysiker fra University of Texas i Arlington, der arbejder på at skabe en selvlysende nanopartikel til brug i sikkerhedsrelateret strålingsdetektion, kan i stedet have sket et fremskridt inden for fotodynamisk cancerterapi.

Wei Chen, professor i fysik og meddirektør for UT Arlington's Center for Security Advances Via Applied Nanotechnology, testede et kobber-cysteamin-kompleks skabt i hans laboratorium, da han opdagede uforklarlige fald i dets luminescens, eller lysudsendende kraft, over en time-lapse eksponering for røntgenstråler. Ser man videre, han fandt ud af, at nanopartiklerne, kaldet Cu-Cy, mistede energi, da de udsendte singlet oxygen - et giftigt biprodukt, der bruges til at beskadige kræftceller i fotodynamisk terapi.

Fordi Chen også leder føderalt finansieret kræftforskning, han vidste, at han havde fundet noget unikt. Test viste, at Cu-Cy nanopartiklerne, kombineret med røntgeneksponering, signifikant bremset tumorvækst i laboratorieundersøgelser.

"Denne nye idé er enklere og bedre end tidligere fotodynamiske terapimetoder. Du behøver ikke så mange trin. Dette materiale alene kan gøre jobbet, " sagde Chen. "Det er den mest lovende ting, vi har fundet i disse kræftundersøgelser, og vi har kigget på dette i lang tid." Chens forskning bliver offentliggjort i august-udgaven af Journal of Biomedical Nanotechnology under titlen "En ny røntgenaktiveret nanopartikelfotosensibilisator til kræftbehandling." Medforfattere er Lun Ma, en forskningsadjunkt, og Xiaoju Zou, en forskningsmedarbejder.

Universitetet har også indgivet en foreløbig patentansøgning på det nye kompleks.

Fotodynamisk terapi, eller PDT, skader kræftceller, når en fotosensibilisator introduceret i tumorvæv producerer giftig singlet oxygen efter at være blevet udsat for lys. I nogle undersøgelser, denne lyseksponering sker ved brug af synlige eller nær-infrarøde lasere. Andre har fundet mere succes ved også at introducere selvlysende nanopartikler i tumoren. Forskere aktiverer den selvlysende nanopartikel med nær-infrarødt lys eller røntgenstråler, som igen aktiverer fotosensibilisatoren.

Begge metoder har begrænsninger til behandling af dybvævskræft. De er enten ineffektive, eller også trænger den lyskilde, der skal til for at aktivere dem, ikke dybt nok. Chen sagde, at røntgen-inducerbare Cu-Cy-partikler overgår de nuværende fotosensibilisatorer, fordi røntgenstrålerne kan trænge dybt ind i væv. Også, Cu-Cy nanopartikler behøver ikke andre fotosensibiliseringer for at være effektive, så behandlingen er mere bekvem, effektiv og omkostningseffektiv.

"Dr. Chens engagement i sit arbejde med kræftrelateret terapi, samt hans arbejde inden for hjemmesikkerhed, demonstrerer de vidtrækkende anvendelser og stor værdi af grundvidenskabelig forskning, " sagde Carolyn Cason, vicepræsident for forskning ved UT Arlington. "Disse fremskridt har potentialet til at ændre den måde, nogle kræftformer behandles på og gøre behandlingen mere effektiv - en fordel, der ville være grænseløs."

Chens team testede Cu-Cy på humane bryst- og prostatacancerceller i laboratoriet og fandt, at det var en effektiv behandling, når det kombineres med røntgeneksponering. I en test, for eksempel, en tumor behandlet med Cu-Cy-injektion og røntgeneksponering forblev stort set den samme størrelse over en 13-dages periode, mens en tumor uden den fulde behandling voksede med tre gange.

En anden fordel ved den nye nanopartikel er en lav toksicitet for raske celler. Ud over, Cu-Cys intense fotoluminescens og røntgenluminescens kan bruges til cellebilleddannelse, sagde avisen.

Detaljer om krystalstrukturen og optiske egenskaber af det nye kompleks offentliggøres i en kommende afhandling fra Journal of Materials Chemistry . Den er tilgængelig her. Chen fortsætter med at forfølge fotodynamisk kræftterapiforskning under en bevilling fra Department of Defense Congressionally Directed Medical Research Programs og med samarbejder fra industrien. Han sagde, at yderligere forskning ville omfatte reduktion af størrelsen af ​​Cu-Cy nanopartiklerne for at gøre den lettere absorberet i tumorvævet.

"For kræft, der er stadig ingen god løsning endnu. Forhåbentlig kan denne nanopartikel give nogle muligheder, " han sagde.