Guld nanopartikelklynger til samtidig foto-termisk billeddannelse og terapi

NUS kemikere har fundet ud af, at guld nanopartikelklynger kan bruges i fototermisk terapi til billeddannelse og behandling af human prostatacancer.

Fototermisk terapi er en ny behandlingsmetode til kræftpatienter, som er minimalt invasiv og kan målrettes mod en bestemt region i kroppen. Den bruger et fototermisk middel til at absorbere og omdanne lysstrålingsenergi til varme for at dræbe kræftcellerne. Guldnanopartikler er fremragende fototermiske midler på grund af deres unikke fysisk-kemiske egenskaber og høje foton-til-varme konverteringseffektiviteter (> 99 %). Imidlertid, de har dårlig lysabsorption i det nær-infrarøde (NIR) område, hvor vævstransmissiviteten er optimal. Derfor, en stærkere NIR-lyskilde skal bruges, som kan forårsage utilsigtet sekundær skade på omkringliggende områder.

I samarbejde med professor Matthew LANG fra Vanderbilt University, forskerholdet ledet af prof XU Qing-Hua fra Institut for Kemi, NUS fandt ud af, at guld nanosfærer (70 nm i diameter) viser forbedret absorption og fototermiske reaktioner i NIR-regionen, når de aggregeres for at danne klynger. Diskrete guld nanosfærer er kendt for at være dårlige nær-infrarøde lysabsorbere, men deres absorptionsevne kan øges med op til 25 gange, når de danner klynger. Den øgede absorption skyldes en effekt kendt som plasmonkobling , som opstår, når adskillelsen mellem to partikler er mindre end deres individuelle størrelse.

Baseret på deres resultater, forskerne har demonstreret fototermisk billeddannelse og terapi på humane prostatacancerceller i laboratoriemiljøer. De designede og byggede et foto-termisk billeddannelsessystem, der består af to tæt fokuserede collineære kontinuerlige NIR-lasere:en stråle ved 750 nm fungerer som varmestrålen, og en anden stråle ved 850 nm detekterer den termisk-inducerede ændring i brydningsindekset. Guld nanosfærer modificeret med aptamerer (oligonukleotid- eller peptidmolekyler, der binder til et specifikt målmolekyle) er selektivt knyttet til membranen af ​​de humane prostatacancerceller for at danne klynger. Dette gør det muligt at detektere kræftcellerne selektivt ved hjælp af systemet og beskadige dem med høj nøjagtighed.

Prof Xu sagde, "Bevæger sig fremad, holdet planlægger at fokusere på at forbedre detekteringen af ​​fototermisk respons ved brug af fotoakustiske signaler. Dette vil muliggøre mere følsom påvisning ved dybere væv."