Nanovektorer kombinerer kræftbilleddannelse og terapi

Forskere ved Imperial College London og Laboratoire de chimie de la matière condensée de Paris (CNRS/Collège de France/UPMC) har designet og udviklet hybride guld-silica nanopartikler, som viser sig at være ægte terapeutiske "schweizerknive". Testet i mus og på dyrkede humane celler, de gør det muligt at kombinere to former for tumorbehandling og tre billeddiagnostiske teknikker. De har især en større lægemiddelbelastnings- og leveringskapacitet end de bærere, der i øjeblikket er på markedet, som åbner interessante perspektiver for kræftforskning. Resultaterne blev offentliggjort i PNAS den 4. februar, 2015.

Udvikling af et værktøj, der kobler tre komplementære billeddannelsesteknikker (MRI, nær-infrarød fluorescens og en type ultralydsbilleddannelse kaldet "fotoakustisk") med to former for terapi (kemoterapi og fototermisk terapi), alt inden for en kugle, der måler 150 nanometer i diameter, er den bedrift, der for nylig blev udført af et internationalt hold af kemikere og biomedicinske ingeniørspecialister. For at opnå dette, forskerne syntetiserede hybridobjekter bestående af en mesoporøs silicaskal indeholdende guldkvanteprikker.

Guldkvanteprikker er små nanopartikler (mindre end 2 nanometer) med unikke egenskaber (fluorescens, varmeproduktion, magnetisme), der er meget forskellige fra dem af massivt guld, eller endnu større guld nanopartikler. Imidlertid, deres manglende stabilitet i vandige opløsningsmidler (de har tendens til at aggregere til at danne større partikler) havde forhindret deres anvendelse i biologi og medicin indtil nu. Ved at "infundere" porøse silicaskaller med guldprækursorer, det lykkedes for forskere at skabe guldkvanteprikker i skallens porer (som stabiliserer dem), samt større guldnanopartikler i det centrale hulrum. Stabil i vandige opløsninger, denne "kvante rangle" struktur kan trænge ind i midten af ​​celler uden toksicitet. Det bevarer også de optiske og magnetiske egenskaber af guldkvanteprikker, mens de maksimerer deres lagerkapacitet for lægemidler.

Inkorporeringen af ​​hydrofobt guld i silicakuglen var med til at øge dets lagerkapacitet for doxorubicin meget betydeligt, et anticancermiddel, der ofte er vanskeligt at stabilisere i denne type porøs matrix. Forskerne mener, at andelen af ​​molekyler, der ville nå deres mål, ville raket fra 5 til 95 %, sammenlignet med (liposomal-type) lægemiddelbærere på markedet i øjeblikket. Ud over denne kapacitet til at bære stoffer, de har potentiale inden for fototermisk terapi. Faktisk, når de exciteres af en infrarød laser, partiklerne, der indeholder guldkvanteprikkerne, udsender infrarød fluorescens, men også nok varme – op til 51°C – til at dræbe kræftceller. Dette gjorde det muligt at reducere tumormassen hos mus med 55 % efter en enkelt behandling.

Produktionen af ​​varme kan også bruges til billeddannelsesformål, da det forårsager en midlertidig udvidelse af guldkvanteprikker, som producerer ultralydsbølger, der kan detekteres, som ved ultralydsbilleddannelse. I øvrigt, fluorescensen udsendt af de laser-exciterede partikler rejser gennem væv (som ikke absorberer infrarødt i denne bølgelængde), og kan derfor måles på en ikke-invasiv måde. Endelig, for størrelser mindre end 2 nanometer, guld bliver magnetisk. Det er derfor muligt at bruge kvanterangler som kontrastmiddel til magnetisk resonansbilleddannelse (MRI). Disse tre billeddannelsesmetoder (nær-infrarød fluorescens, fotoakustisk billeddannelse og MR) gør det muligt at observere tumoren på komplementære måder, med meget høj rumlig og tidsmæssig opløsning.

Forskerne undersøger nu, hvordan man kan optimere disse nanovektorer. De vil gerne "funktionalisere" deres overflade med markører, så de kan identificere og specifikt målrette kræftceller. Endelig, de håber at kunne reducere størrelsen af ​​guldpartiklerne i det centrale hulrum, for at gøre bæreren fuldstændig biologisk nedbrydelig.