Sorte nanopartikler bremser væksten af ​​tumorer

Det mørke hudpigment melanin beskytter mod solens skadelige stråler ved at absorbere lysenergi og omdanne det til varme. Dette kunne gøre det til et meget effektivt værktøj i tumordiagnose og behandling, som demonstreret af et hold fra det tekniske universitet i München (TUM) og Helmholtz Zentrum München. Forskerne skabte melanin-ladede cellemembran-afledte nanopartikler, hvilket forbedrede tumorbilleddannelse i en dyremodel og samtidig bremsede væksten af ​​tumoren.

Nanopartikler betragtes som et lovende våben i kampen mod tumorer på grund af det faktum, at tumorvæv absorberer dem lettere end raske celler, fordi deres karsystem er mere permeabelt. Et godt eksempel er ydre membranvesikler (OMV'er), som dybest set er små bobler omgivet af bakteriel membran. Disse 20 til 200 nanometer partikler er af interesse, fordi de er biokompatible, biologisk nedbrydeligt og kan nemt og billigt produceres i bakterier, selv i store mængder. Når først fyldt med medicinske aktive stoffer, de er nemme at administrere.

Nanopartikler, der bærer en sort last

Det enorme potentiale af OMV'er i tumordiagnose og behandling er blevet demonstreret af prof. Vasilis Ntziachristos, Professor i biologisk billeddannelse ved TUM, og hans hold. Deres arbejde bygger på de karakteristiske egenskaber ved OMV'er og melanin.

Dr. Vipul Gujrati, første forfatter til undersøgelsen, forklarer princippet:"Melanin absorberer lys meget let - selv i det infrarøde spektrum. Vi bruger dette lys i vores optoakustiske billedbehandlingsteknik til tumordiagnose. Det omdanner samtidig denne absorberede energi til varme, som så udsendes. Varme er også en måde at bekæmpe tumorer på - andre forskere udforsker i øjeblikket denne metode i kliniske forsøg."

Optoakustik, en metode, som er blevet betydeligt fremskreden af ​​Ntziachristos, kombinerer fordelene ved optisk billeddannelse og ultralydsteknologi. Svage laserimpulser opvarmer blidt vævet, hvilket får den til at udvide sig meget lidt. Ultralydssignaler produceres, når vævet trækker sig sammen igen, mens det afkøles. De målte signaler varierer afhængigt af vævstypen. Forskerne optager dem med specielle detektorer og "oversætter" dem til tredimensionelle billeder. Sensormolekyler eller prober (såsom OMV'er) kan forbedre specificiteten og nøjagtigheden af ​​teknikken yderligere.

Varmeopbygning reducerer tumorvækst

Forskerne måtte i første omgang overvinde et problem specifikt for melanin:Det er ikke særlig vandopløseligt og derfor svært at administrere. Det var her, OMV'erne kom i spil. Forskerne konstruerede bakterier på en sådan måde, at de producerer melanin og lagrer det i deres membranafledte nanopartikler. De testede derefter de sorte nanopartikler i mus, som havde tumorer i deres lændregion. Partiklerne blev sprøjtet direkte ind i tumoren, som blev exciteret med infrarøde laserimpulser som en del af den optoakustiske procedure.

OMV'er viste sig at være egnede sensorprober til denne diagnoseteknik, fordi de leverede skarpe, højkontrastbilleder af tumoren. De er også velegnede til fototermiske terapimetoder, hvor tumorvævet opvarmes med stærkere laserimpulser for at dræbe kræftcellerne. Melaninet i nanopartiklerne fik tumorvævets temperatur til at stige fra 37 °C til op til 56 °C. Kontroltumorer uden melanin nåede kun en maksimal temperatur på 39 °C. I de ti dage efter behandlingen, tumorerne voksede med en signifikant langsommere hastighed end dem i kontrolgruppen, der ikke havde fået melanin OMV'er. Denne varmeeffekt blev forstærket af en anden positiv effekt af partiklerne:Ved at forårsage en let uspecifik betændelse i tumorvævet, immunsystemet blev udløst til at angribe tumoren.

"Vores melanin nanopartikler passer ind i det nye medicinske felt inden for theranostics - hvor terapi og diagnostik kombineres. Dette gør dem til en yderst interessant mulighed for brug i klinisk praksis, " siger Ntziachristos. Forskerne vil nu udvikle deres OMV'er yderligere for at bringe dem i klinisk brug i fremtiden.