(PhysOrg.com) -- Kemister från Rice University har hittat ett sätt att ladda mer än 2 miljoner små guldpartiklar som kallas nanorods i en enda cancercell. Genombrottet skulle kunna påskynda utvecklingen av cancerbehandlingar som skulle använda nanorods som små värmeelement för att laga tumörer från insidan.

Forskningen visas online den här veckan i den kemiska tidskriften Angewandte Chemie International Edition .

"Bröstcancercellerna som vi studerade var så laddade med guld nanorods att deras massa ökade med i genomsnitt cirka 13 procent, " sa studieledaren Eugene Zubarev, docent i kemi vid Rice. "Anmärkningsvärt nog, cellerna fortsatte att fungera normalt, även med allt detta guld inuti dem."

Även om det slutliga målet är att döda cancer, Zubarev sa att strategin är att leverera giftfria partiklar som blir dödliga först när de aktiveras av en laser. Nanoroderna, som är ungefär lika stora som ett litet virus, kan skörda och omvandla annars ofarligt ljus till värme. Men eftersom varje nanorod utstrålar minimal värme, många behövs för att döda en cell.

"Helst, du vill använda en lågeffektlaser för att minimera riskerna för frisk vävnad, och ju fler partiklar du kan ladda inuti cellen, ju lägre du kan ställa in effektnivån och bestrålningstiden, sa Zubarev, en utredare vid Rices BioScience Research Collaborative (BRC).

Tyvärr, forskare som studerar guld nanorods har funnit det svårt att ladda ett stort antal partiklar i levande celler. Till att börja, nanorods är rent guld, vilket innebär att de inte löser sig i lösning om de inte kombineras med någon form av polymer eller ytaktivt ämne. Den vanligaste av dessa är cetyltrimetylammoniumbromid, eller CTAB, en tvålhaltig kemikalie som ofta används i hårbalsam.

CTAB är en nyckelingrediens i produktionen av nanorods, så forskare har ofta förlitat sig på det för att göra nanorods lösliga i vatten. CTAB gör det här jobbet genom att belägga ytan på nanoroderna på ungefär samma sätt som tvål omsluter och löser upp droppar av fett i diskvatten. CTAB-inkapslade nanorods har också en positiv laddning på sina ytor, vilket uppmuntrar celler att få i sig dem. Tyvärr, CTAB är också giftigt, vilket gör det problematiskt för biomedicinska tillämpningar.

I den nya forskningen, Zubarev, Rice doktorand Leonid Vigderman och tidigare doktorand Pramit Manna, nu på Applied Materials Inc., beskriva en metod för att helt ersätta CTAB med en närbesläktad molekyl som kallas MTAB som har två ytterligare atomer fästa i ena änden.

De extra atomerna - ett svavel och ett väte - tillåter MTAB att bilda en permanent kemisk bindning med guldnanorods. I kontrast, CTAB binder svagare till nanorods och har en tendens att läcka in i omgivande media då och då, vilket tros vara den underliggande orsaken till CTAB-innesluten nanorodtoxicitet.

Det tog Zubarev, Vigderman och Manna flera år för att identifiera den optimala strategin för att syntetisera MTAB och ersätta det med CTAB på ytan av nanoroderna. Dessutom, de utvecklade en reningsprocess som helt kan ta bort alla spår av CTAB från en lösning av nanorods.