Fotoakustisk billeddannelse og fototermisk cancerbehandling ved brug af BR nanopartikler

Sangyong Jon, professor ved Institut for Biologiske Videnskaber ved KAIST, og hans team udviklede kombineret fotoakustisk billeddannelse og fototermisk terapi for cancer ved at bruge bilirubin (BR) nanopartikler.

Forskerholdet anvendte egenskaberne af et galdepigment kaldet BR, som udøver potente antioxidanter og antiinflammatoriske virkninger, til denne forskning.

Holdet forventer, at denne forskning, som viser høj biokompatibilitet samt fremragende fotoakustisk billeddannelse og fototermisk terapi, at være et passende system inden for behandling af kræft.

I fortiden, forskerholdet udviklede et PEGyleret bilirubin-baseret nanopartikelsystem ved at kombinere vanduopløselig BR med vandopløselig polyethylenglycol (PEG).

Denne teknologi gjorde det lettere for BR at udøve antioxidanter, men forhindrede dem i at blive akkumuleret i kroppen. Dets effektivitet og sikkerhed blev identificeret i en dyresygdomsmodel, for tilstande såsom inflammatorisk tarmsygdom, transport af øceller, og astma.

Afviger fra tidligere forskningsmetoder, denne forskning anvendte de forskellige fysisk-kemiske egenskaber ved BR til kræftbehandling.

Når årsagen til gulsot, gul BR, er udsat for en vis bølgelængde af blåt lys, midlet bliver et fotonisk nanomateriale, da det reagerer på lyset. Dette lysfølsomme nanomateriale kan bruges til at helbrede gulsot, fordi det giver mulighed for aktiv udskillelse hos spædbørn.

For det andet holdet identificerede, at BR er en vigtig bestanddel af sorte pigmentgaldesten, som ofte kan findes i galdeblærer eller galdekanaler under visse patologiske tilstande. Resultaterne viser, at BR danner sorte pigmentgaldesten uden rollen som et mellemprodukt eller en kation, såsom calcium og kobber. Forskerholdet kombinerede cisplatin, et platinmetalbaseret kræftlægemiddel, med BR, så BR nanopartikler ændrede opløsningens farve fra gul til lilla.

Holdet undersøgte også muligheden for cisplatin-chelaterede BR nanopartikler som en sonde til fotoakustiske billeder. De fandt ud af, at der blev vist betydelig fotoakustisk aktivitet, når den blev udsat for nær infrarødt lys. Faktisk, det fotoakustiske signal blev øget signifikant i tumorer fra dyr med kolorektal cancer, når nanopartiklerne blev administreret til det intravenøst. Holdet forventer en mere præcis diagnose af tumorer gennem denne teknologi.

I øvrigt, holdet vurderede de fototermiske virkninger af cisplatin-chelaterede BR nanopartikler. Forskningen viste, at temperaturen på tumorer steg med 25 grader Celsius inden for fem minutter, når de blev udsat for nær infrarødt lys, på grund af den fototermiske effekt. Efter to uger, deres størrelse var reduceret i forhold til andre gruppers størrelse, og nogle gange blev tumorerne endda nekrotiseret.

Professor Jon sagde, "Eksisterende stoffer har en lav biokompatibilitet og begrænsning for klinisk terapi, fordi de er kunstigt orienteret; derfor, de kan have toksicitet. Jeg håber, at disse cisplatin-chelaterede BR-baserede nanopartikler vil give en ny platform for prækliniske, translationel forskning og klinisk tilpasning af fotoakustisk billeddannelse og fototermisk terapi."