Mod sikrere, mere effektiv kræftstrålebehandling ved hjælp af røntgenstråler og nanopartikler

Et grundstof kaldet gadolinium afgivet til kræftceller frigiver dræberelektroner, når de rammes af specielt afstemte røntgenstråler. Tilgangen, offentliggjort i tidsskriftet Videnskabelige rapporter , kunne bane vejen for en ny kræftstrålebehandling.

"Vores metode åbner mulighed for selektivt at forstærke effekten af ​​røntgenstråling på tumorstedet, " siger Kotaro Matsumoto fra Kyoto University's Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), som udviklede teknikken sammen med Fuyuhiko Tamanoi og kolleger i Japan, Vietnam, og USA "Dette løser et af de største problemer ved nuværende strålebehandlinger, hvor kun en lille mængde røntgenstråler rent faktisk når tumoren."

Konventionelle strålebehandlinger anvender polykromatisk røntgenstråler, bestående af forskellige energiniveauer, med lavenergi røntgenstråler, der ikke trænger igennem kroppens overflade. Monokromatisk røntgenstråler, på den anden side, har det samme præcist indstillede energiniveau. Hvis de kunne være rettet mod elektronfrigivende kemiske elementer inde i tumorer, de kan være skadelige.

For at opnå dette, forskerne brugte specialdesignede silica-nanopartikler, der var fyldt med det kemiske grundstof gadolinium. Kræftcellerne i en 3-D tumorkultur forbrugte effektivt partiklerne efter en dags inkubation. Partiklerne, der er specifikt placeret lige uden for tumorcellekerner, hvor deres mest kritiske maskineri findes.

På SPring-8 synkrotronanlægget i Harima, Japan, forskerne rettede monokromatiske røntgenstråler mod tumorprøver indeholdende gadolinium-ladede nanopartikler.

Røntgenstråler indstillet til et energiniveau på 50,25 kiloelektronvolt (keV), der målrettede prøverne i 60 minutter, ødelagde fuldstændig kræftcellerne to dage efter bestråling.

At indstille røntgenstrålerne til et energiniveau lige under 50,25keV havde ikke samme effekt. Forskerne forklarer, at røntgenstrålerne er specifikt indstillet, så deres energi kan absorberes af gadolinium. Da de rammer den, gadolinium frigiver lavenergielektroner til kræftcellen, beskadige dets vitale komponenter, herunder DNA, og dræbe den.

Røntgenstrålerne havde ingen effekt på celler, der ikke indeholdt gadolinium-ladede nanopartikler.

"Vores undersøgelse viser, at en ny type strålebehandling til kræft kan udvikles, " siger Tamanoi. "Vi kan forvente strålebehandling med øget effekt og færre bivirkninger."