Nye flydende metal nanopartikler til kræftfotoimmunterapi syntetiseret

Flydende metaller (LM) såsom rent gallium (Ga) og Ga-baserede legeringer er en ny klasse af materialer med unikke fysisk-kemiske egenskaber. En af de mest fremtrædende anvendelser af LM'er er fototermisk terapi mod cancer, hvor funktionelle LM-nanopartikler omdanner lysenergi til varmeenergi og dræber dermed kræftceller. LM-baseret fototerapi er overlegen i forhold til traditionel cancerterapi på grund af dens høje specificitet, repeterbarhed og lave bivirkninger.

I et nyt banebrydende studie syntetiserede lektor Eijiro Miyako og hans kolleger fra Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) multifunktionelle Ga-baserede nanopartikler, der kombinerer kræftfototerapi med immunterapi.

Den syntetiserede nye LM-nanopartikel (PEG-IMIQ-LM) indeholder en eutektisk gallium-indium (EGaIn) LM-legering og en immunologisk modulator imiquimod (IMIQ), begge indlejret i et biokompatibelt overfladeaktivt middel DSPE-PEG₂₀₀₀ -NH₂ . Resultaterne af deres undersøgelse blev offentliggjort i Advanced Functional Materials .

"Vi mener, at konvergensen af ​​nano-immunteknologi og LM-teknologi kan give en lovende modalitet til at udløse ideelle immunresponser til fremme af cancerimmunterapi. I denne undersøgelse rapporterer vi lysaktiverbare multifunktionelle LM-nanopartikler med immunstimulerende midler til at kombinere fototermisk terapi med immunterapi, " siger Dr. Miyako, mens han diskuterer holdets motivation til at udføre denne undersøgelse.

Først forberedte forskerholdet vanddispergerbare LM-nanopartikler gennem en simpel et-trins sonikeringsproces ved hjælp af DSPE-PEG₂₀₀₀ -NH₂ at introducere IMIQ. Dette betragtes som et kæmpe gennembrud, da EGaIn LM i sagens natur er et vand-ublandbart materiale.

Yderligere undersøgelser bekræftede, at LM desintegreres for at sikre IMIQ-levering til målet. Desuden udviste den forberedte nanopartikel en lineær stigning i absorbans i den nær-infrarøde (NIR) region ved 808 nm, hvilket bekræfter dens optisk aktiverbare natur.

Da den vandige opløsning af LM-nanopartiklerne blev bestrålet med NIR-laseren (808 nm), observerede holdet en bemærkelsesværdig stigning i opløsningens temperatur, som var proportional med stigningen i nanopartikelkoncentrationen. Disse resultater bekræftede, at PEG-IMIQ-LM nanopartikel var en robust og stabil fototermisk lægemiddelbærer, velegnet til immunterapi.

Yderligere eksperimenter afslørede, at LM nanopartikler var ekstremt sikre og ikke forårsagede cytotoksicitet i humane fibroblastceller (MRC5) og muse tyktarmskræftceller (Colon26).

For at vurdere graden af ​​internalisering og fordeling af partiklerne blev et fluorescerende farvestof kendt som indocyaningrøn (ICG) indført i partiklen gennem sonikering, hvilket resulterede i PEG-ICG-IMIQ-LM-partikel. Fluorescerende (FL) mikroskopi udstyret med en laserstråle viste, at LM-partiklen udviste stærk fluorescens ved forskellige NIR-bølgelængder og straks ødelagde Colon26-cellerne. Således kunne LM-partikler ikke kun effektivt levere immunmodulanten, men kunne også muliggøre deres realtidssporing og eliminere specifikke cancerceller.

Endelig udviklede holdet en mangefacetteret LM immun nanostimulator til cancerterapi. For at gøre det tilføjede de anti-programmeret dødsligand-1-antistof (Anti-PD-L1), en af ​​de mest lovende immuncheckpoint-hæmmere, til den eksisterende fluorescerende LM-nanopartikel. Den modificerede partikel, Anti-PD-L1‒PEG–ICG–IMIQ–LM, blev spredt effektivt med betydelig fluorescens. Med stigende tid efter bestråling steg tumoroverfladetemperaturen lineært, hvilket indikerer antitumoreffekten af ​​nanopartikler.

Tilsætning af Anti-PD-L1 på nanopartiklerne muliggjorde binding af LM-partiklen til PD-L1 på cancercellerne, hvilket markerede dem for fagocytose af makrofager og dendritiske celler (DC). Laser-inducerede Anti-PD-L1-PEG-IMIQ-LM-partikler udviste den højeste og fuldstændige kræftfjernelse sammen med hurtigere heling og genopretning.

Når tumoren gentog sig, viste mus behandlet med laser-inducerede Anti-PD-L1-PEG-IMIQ-LM-partikler desuden vedvarende antitumoreffektivitet og forlænget overlevelse.

Mens han diskuterer de fremtidige implikationer af undersøgelsen, siger Dr. Miyako:"Vi mener, at disse synergistiske immunologiske virkninger og optiske nanofunktioner af LM'er har brede terapeutiske anvendelser og kan bidrage til innovative cancer-teranostiske teknologier. Vi håber på, at denne teknologi vil være tilgængelig for kliniske forsøg om 10 år."

Flere oplysninger: Yun Qi et al., lysaktiverbare flydende metalimmunostimulerende midler til kræftnanotheranostik, Avancerede funktionelle materialer (2023). DOI:10.1002/adfm.202305886

Journaloplysninger: Avancerede funktionelle materialer

Leveret af Japan Advanced Institute of Science and Technology