Justering af lys for at dræbe dybe kræftsvulster

En international gruppe af videnskabsmænd ledet af Gang Han, PhD, ved University of Massachusetts Medical School, har kombineret en ny type nanopartikel med en FDA-godkendt fotodynamisk terapi for effektivt at dræbe dybtliggende kræftceller in vivo med minimal skade på omgivende væv og færre bivirkninger end kemoterapi. Denne lovende nye behandlingsstrategi kan udvide den nuværende brug af fotodynamiske terapier for at få adgang til dybtliggende cancertumorer.

"Vi er meget begejstrede for potentialet for klinisk praksis ved at bruge vores forbedrede røde-emissions nanopartikler kombineret med FDA-godkendt fotodynamisk lægemiddelbehandling til at dræbe maligne celler i dybere tumorer, " sagde Dr. Han, hovedforfatter af undersøgelsen og adjunkt i biokemi og molekylær farmakologi ved UMMS. "Vi har været i stand til at gøre dette med biokompatibel laveffekt, dybt vævsgennemtrængende 980 nm nær-infrarødt lys."

I fotodynamisk terapi, også kendt som PDT, patienten får et ikke-toksisk lysfølsomt lægemiddel, som optages af alle kroppens celler, inklusive de kræftsyge. Røde laserlys, der er specifikt indstillet til lægemiddelmolekylerne, tændes derefter selektivt på tumorområdet. Når det røde lys interagerer med det lysfølsomme lægemiddel, det producerer en meget reaktiv form for oxygen (singlet oxygen), der dræber de ondartede kræftceller, mens de efterlader de fleste naboceller uskadt.

På grund af det røde lyss begrænsede evne til at trænge igennem væv, imidlertid, nuværende fotodynamiske terapier bruges kun til hudkræft eller læsioner i meget lavt væv. Evnen til at nå dybere kræftceller kan udvide brugen af ​​fotodynamiske terapier.

I forskning offentliggjort online af tidsskriftet ACS Nano fra American Chemical Society, Han og hans kolleger beskriver en ny strategi, der gør brug af en ny klasse af opkonverterende nanopartikler (UCNP'er), en milliardtedel af en meter i størrelse, som kan fungere som en slags relæstation. Disse UCNP'er administreres sammen med det fotodynamiske lægemiddel og omdanner dybt gennemtrængende nær-infrarødt lys til det synlige røde lys, der er nødvendigt i fotodynamiske terapier for at aktivere det kræftdræbende lægemiddel.

For at opnå denne lyskonvertering, Han og hans kolleger konstruerede en UCNP til at have bedre emissioner i den røde del af spektret ved at belægge nanopartiklerne med calciumfluorid og øge dopingen af ​​nanopartiklerne med ytterbium.

I deres eksperimenter, forskerne brugte den lave pris, FDA-godkendte fotosensibiliserende lægemiddel aminolevulinsyre og kombinerede det med de forstærkede rødemissions-UCNP'er, de havde udviklet. Nær-infrarødt lys blev derefter tændt på tumorstedet. Han og kolleger viste, at UCNP'erne med succes konverterede det nær-infrarøde lys til rødt lys og aktiverede det fotodynamiske lægemiddel på niveauer, der er dybere, end der i øjeblikket kan opnås med fotodynamiske terapimetoder. Udført i både in vitro og med dyremodeller, kombinationsbehandlingen viste en forbedret ødelæggelse af kræftsvulsten ved brug af lavere lasereffekt.

Yong Zhang, PhD, professor ved National University of Singapore og en leder inden for udvikling og anvendelse af upconversion nanopartikler, som ikke var involveret i undersøgelsen, sagde, at ved med succes at udvikle forstærkede røde emissioner i disse nanopartikler, forskerholdet har skabt den dybeste fotodynamiske terapi nogensinde ved hjælp af et FDA-godkendt lægemiddel.

"Denne terapi lover meget som en ikke-invasiv dræber for ondartede tumorer, der er over 1 cm i dybden - brystkræft, lungekræft, og tyktarmskræft, for eksempel - uden bivirkninger af kemoterapi, " sagde Zhang.

Han sagde, "Denne tilgang er en spændende ny udvikling for kræftbehandling, der er både effektiv og ikke-toksisk, og det åbner også op for nye muligheder for at bruge de forstærkede rød-emissions nanopartikler i andre fotoniske og biofotoniske applikationer."