Små nanospindler forbedrer brugen af ​​ultralyd til at bekæmpe kræft

Ultralyd kan bruges til at behandle kræft, når det bruges i kombination med molekyler, der sensibiliserer systemet over for lydbølger. Disse sonosensibilisatorer genererer toksiske reaktive oxygenarter, der angriber og dræber tumorceller.

I Anvendt fysik anmeldelser , forskere fra Soochow University i Kina rapporterer om en ny type sonosensibilisator baseret på en vanadium-doteret titaniumdioxid, V-TiO2, der øger mængden af ​​skade, ultralyd påfører tumorer. Undersøgelser i mus viste, at tumorvækst var markant undertrykt sammenlignet med en kontrolgruppe.

Organiske molekyler er tidligere blevet brugt som sensibilisatorer, men disse er ustabile og kan føre til fototoksicitet, hvor eksponering for lys kan give udslæt eller ekstrem solskoldning. Uorganiske sensibilisatorer baseret på TiO ₂ nanomaterialer bruges også, men disse virker ikke godt og kan forblive i kroppen i lange perioder.

TiO ₂ virker ikke godt som sensibilisator, fordi den har et bredt båndgab i sin elektroniske struktur. Selv når ultralyden fjerner elektroner fra TiO ₂ nanopartikler, elektronerne rekombinerer hurtigt med nanopartiklerne, forhindre dannelsen af ​​reaktive oxygenarter, der kunne angribe tumorceller.

Efterforskerne indså, at de kunne undgå denne effekt ved at dope TiO ₂ nanopartikler med metallet vanadium for at danne spindler i nanostørrelse.

"Båndgabet i V-TiO ₂ nanospindler reduceres, øge effektiviteten af ​​ultralydsudløst produktion af reaktive oxygenarter sammenlignet med ren TiO ₂ nanopartikler, " sagde forfatteren Liang Cheng.

Mikromiljøet omkring tumoren er nøglen til kræft, der metastaserer og invaderer andet væv, og vigtig for den måde kemoterapi og andre behandlinger virker på. Tumormikromiljøet har en sur pH, men indeholder også meget brintoverilte og et stof kendt som glutathion.

Efterforskerne indså V-TiO ₂ spindler fungerer som små enzymer, der katalyserer kemiske processer i mikromiljøet. I nærvær af ultralydsbølger, spindlerne tillader et tostrenget angreb på tumoren:et involverer lydbølger, den anden en type kemoterapi, der nedbryder brintoverilte og forbruger glutathion. Begge effekter dræber tumorceller uden at skade sundt væv.

Efterforskerne udførte en omhyggelig undersøgelse ved hjælp af kontroller på både brystkræfttumorceller og på mus inficeret med disse cancerceller. Ud over direkte målinger om tumorvækst, de brugte fluorescerende prober til at visualisere reaktive oxygenarter og glutathion under processen.

"Det er værd at bemærke, at V-TiO ₂ nanospindler udskilles hurtigt fra kroppen, " sagde Cheng. "Dette hjælper med at forhindre eventuelle langsigtede toksicitetseffekter."

Forskerne var også i stand til at observere V-TiO ₂ nanospindler i milten og leveren på mus og, senere, i afføring og urin. Ingen tydelige tegn på organbetændelse eller beskadigelse blev observeret, viser, at disse sensibilisatorer er både sikre og effektive.