Metal nanopartikler til billeddiagnostik guidet fototerapi

Kemikere fra National University of Singapore har for nylig opdaget, at guld-sølv (Au-Ag) nanopartikler kan bruges til at afbilde og give samtidig behandling af bakterielle infektioner.

Den globale spredning af multiresistente bakterieinfektioner er en stor trussel mod folkesundheden. De har resulteret i betydelig sygelighed og dødelighed, da få antibakterielle midler er effektive mod dem. Også, biofilm-associerede infektioner er dukket op som en anden medicinsk udfordring på grund af antibiotikas ringe evne til at trænge gennem slimlagene (ekstracellulære polymere stoffer), der omslutter bakterierne. Antibakterielle midler, der kan overvinde disse lægemiddelresistens- og leveringsproblemer, samt et effektivt billede af sværhedsgraden af ​​bakterielle infektioner ville have mange anvendelser inden for det biomedicinske område.

En forskergruppe ledet af prof XU Qing-Hua fra Institut for Kemi, NUS opdagede, at nanopartikler af ædelmetal udsender meget stærkere to-foton fotoluminescens (2PPL), når de aggregerer og danner klynger i opløsning. 2PPL processen, som involverer emission af lys ved kortere bølgelængder via absorption af to fotoner ved længere bølgelængder, er nyttig til biologisk billeddannelse, da cellulært stof generelt ikke absorberer lys ved længere bølgelængder (nemlig i det nære infrarøde). Da mange biologisk vigtige arter (f.eks. bakterier) kan forårsage aggregering af metalnanopartikler, dette fænomen har vigtige implikationer i to-foton sensing, billedbehandling og fototerapi til biomedicinske anvendelser.

Blandt de tilgængelige ædelmetal nanopartikler, forskerholdet fandt, at Au-Ag nanopartikler (Au-kerne indesluttet i en Ag-skal) giver den største forbedring i 2PPL på op til 800 gange, når de danner aggregater. Sammenlignet med, forbedringsfaktoren er omkring 250 gange for Au nanopartikler af lignende størrelse og form. En større forstærkningsfaktor betyder, at nanopartiklerne er mere følsomme over for subtile ændringer i det kemiske miljø. Med udgangspunkt i denne opdagelse, forskerholdet demonstrerede, at disse Au-Ag nanopartikler potentielt kan bruges effektivt til at afbilde bakterielle infektioner og give antibakteriel behandling på samme tid.

Prof Xu sagde, "Forbedret to-foton excitation giver Au-Ag nanopartiklerne stærke fototermiske virkninger og overlegen antibakteriel aktivitet. Dette er ud over deres iboende antibakterielle aktivitet gennem frigivelse af sølvioner og generering af reaktive oxygenarter, som er yderligere forbedret som et resultat af øget excitationseffektivitet. På grund af deres enestående antibakterielle aktivitet, disse nanopartikler har vist sig effektivt at udrydde bakterier i biofilm under nær-infrarød bestråling (NIR) i vores eksperimenter. Den iboende tredimensionelle selektivitet af to-foton excitation tillader selektivt drab af bakterieceller uden at påvirke nærliggende raske celler."

Fremtidige forskningsindsatser for at forstærke disse metalnanopartikler med kræftcellespecifikke bindingsgrupper kan potentielt gøre det muligt for dem at blive brugt som multifunktionelle midler til mange biomedicinske anvendelser.