Forskere lyser celler ved hjælp af nanoark til kræftbehandling

Forskere i Institut for Biomedicinsk Teknik ved Texas A&M University udvikler nye måder at fremme området regenerativ medicin og kræftbehandling på. De er ved at udvikle et 2-D nanoark, der er 1, 000 gange mindre end et hårstrå.

Dr. Akhilesh Gaharwar, lektor, har udviklet en ny klasse af 2-D nanoark kaldet molybdændisulfid, der kan adsorbere nær-infrarødt (NIR) lys og ændre celleadfærd. Disse nanoark er en ny klasse af materialer, der har vist forskellige fysiske og kemiske egenskaber på grund af deres unikke form og størrelse. For nylig, nogle nanoark er blevet udforsket til biomedicinske applikationer på grund af deres lys-responsive evne. På trods af et stærkt potentiale, Gaharwars forskning er på vej ind i nyt område, da få undersøgelser har undersøgt deres cellulære kompatibilitet, og ingen har undersøgt deres evne til at modulere cellulære funktioner ved hjælp af lys.

For at udforske muligheden for at styre celleresponsen via lys, Gaharwars forskergruppe har syntetiseret et atomisk tyndt nanoark, der kan adsorbere NIR-lys og omdanne det til varme. NIR-lys kan trænge dybt inde i vævet sammenlignet med andre typer lys, inklusive ultraviolet og synligt lys, og kan bruges til at stimulere naturlige biologiske reparationsmekanismer i dybt væv.

På grund af det høje overfladeareal af nanoark, de kan klæbe til den ydre membran af celler og overføre et cellulært signal til kernen, derved kontrollere deres adfærd. Nogle af nanoarkene bliver også spist af cellerne og kan påvirke cellulære funktioner indefra.

"Lysreagerende biomaterialer har et stærkt potentiale for at udvikle den næste generation af ikke-invasive, præcist og kontrollerbart medicinsk udstyr til en række biomedicinske applikationer, inklusive medicinafgivelse, kræftbehandling, regenerativ medicin og 3-D print, " sagde Gaharwar.

Hans forskning blev for nylig omtalt i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences .

I samarbejde med Dr. Irtisha Singh, assisterende professor i afdelingen for molekylær og cellulær medicin i Texas A&M Health Science Center, Gaharwars team brugte en næste generations sekventeringsteknik til at dechifrere effekten af ​​lys og/eller nanoark på cellernes genregulering. Forestil dig en celle som et tomt lærred, og genregulering som malingen, der gør lærredet til noget unikt eller interessant. For stamceller, det ville betyde at bestemme, hvilken slags celle de vil være, såsom muskler, knogle, osv. Små agitationer i genekspression, enten fra lys eller disse nanoark, kan i væsentlig grad påvirke disse cellers funktioner såsom bevægelse, reproduktion og udtryk.

Globale genekspressionsprofiler af celler afslører, at lysstimulering af nanoarket kan have en betydelig indflydelse på cellulær migration og sårheling. De viste, at kræftceller behandlet med et nanoark og lys ikke er i stand til at bevæge sig frit, hvilket er gode nyheder. Dette er vigtigt, da kræft spredes i kroppen ved at flytte fra et væv til et andet. Kombinationen af ​​nanoarket og lys kan give nye tilgange til at kontrollere og regulere cellulær migration og funktioner.

Teamet fandt ud af, at nanosheets bindes til en celleoverfladereceptor kendt som en integrin, et simpelt protein med et sukker vedhæftet. Disse integrinproteiner er vigtige for normal cellefunktion ved at give celler information om sine omgivelser. Hvis disse proteiner er dækket af nanoark, de kan ikke fortælle cellerne at bevæge sig rundt, effektivt at stoppe cellerne på ubestemt tid.