Ny metode til mere effektiv fototermisk tumorterapi med infrarødt lys

Nanorods lavet af bismuthsulfid dræber tumorceller med varme, når de bestråles med nær-infrarødt lys (NIR). Kinesiske videnskabsmænd gør nu disse våben mere kraftfulde ved at ombygge den defekte tilstand af nanorod krystalgitteret ved at tilføje guld nanodots. Som rapporteret i journalen Angewandte Chemie , dette kunne være et godt grundlag for mere effektiv fototermisk behandling af tumorer.

I fototermisk terapi, et middel indføres i en tumor og derefter bestråles regionen med NIR-lys, en bølgelængde, der trænger langt ind i væv uden at forårsage skade. Midlet absorberer NIR-lyset og omdanner det til varme. Den lokale overophedning dræber tumorcellerne, mens sundt væv er beskyttet. Ideelt set det fototermiske middel kan samtidig fungere som kontrastmiddel til billeddiagnostik, såsom computertomografi (CT), som kan bruges til at lokalisere tumoren.

Nanomaterialer fremstillet af halvlederen bismuthsulfid (Bi ₂ S ₃ ) er velegnede til dette job. Forskere, der arbejder med Haiyuan Zhang ved det kinesiske videnskabsakademi (Changchun, Jilin, Kina) har nu været i stand til at afklare de mekanismer, der ligger til grund for disse materialers fototermiske egenskaber. Med udgangspunkt i denne viden, de har været i stand til at forbedre den fototermiske ydeevne af bismuthsulfid nanorods ved at tilføje guld nanodots til deres overflade.

Enkelt sagt, det fungerer sådan her:I halvledere, lys kan excitere negativt ladede elektroner i en sådan grad, at de hopper til et højere energiniveau kaldet ledningsbåndet. Dette efterlader positivt ladede "huller". Rekombination af elektroner og huller frigiver energi, som overføres til krystalgitteret, får den til at vibrere. Denne vibrationsenergi frigives til miljøet som varme. Visse mangler, kendt som dybe niveaudefekter, i krystalgitteret fremme denne type elektron-hul-rekombination.

I Bi ₂ S ₃ nanomaterialer, som syntetiseres i et overskud af Bi og en mangel på S, gitteret vil have steder med manglende svovlatomer eller steder, hvor en Bi erstatter en S. Begge disse kan fungere som dybe defekter. Forøgelse af antallet af dybe defekter eller øget introduktion af elektroner til disse dybe defekter kan øge den fototermiske effektivitet af Bi ₂ S ₃ nanomaterialer. Det er her guldatomerne spiller en rolle. Guldatomer binder svovlatomer og holder dem ude af deres gitterpositioner. Dette resulterer i flere defekter. Ud over, kontaktpunkterne mellem Bi ₂ S ₃ og guld giver de exciterede elektroner et energiniveau, der gør det muligt for dem at vende lettere tilbage til energiniveauet, hvor der er substitutionsfejl, at lade elektronerne falde lettere i den dybe defekt "fælde".

Nanoroderne er meget synlige som kontrastmidler i CT-scanninger af tumorer hos mus, fordi de fortrinsvis aggregerer i tumorceller. Hæmning af tumorvækst med guldversionen af ​​nanorods under bestråling med NIR var signifikant øget i forhold til guldfri nanorods. Efter fjorten dages behandling af musene, nogle af tumorerne var helt forsvundet. Ingen toksiske bivirkninger eller skader blev observeret i det omgivende væv.