En fysiker vid University of Texas i Arlington som arbetar med att skapa en självlysande nanopartikel för användning i säkerhetsrelaterad strålningsdetektering kan i stället ha råkat ut för ett framsteg inom fotodynamisk cancerterapi.

Wei Chen, professor i fysik och meddirektör för UT Arlingtons Center for Security Advances Via Applied Nanotechnology, testade ett koppar-cysteaminkomplex skapat i hans labb när han upptäckte oförklarlig minskning av dess luminescens, eller ljusavgivande kraft, under en time-lapse exponering för röntgenstrålar. Ser man vidare, han fann att nanopartiklarna, kallas Cu-Cy, förlorade energi när de släppte ut singlettsyre – en giftig biprodukt som används för att skada cancerceller i fotodynamisk terapi.

Eftersom Chen också leder federalt finansierad cancerforskning, han visste att han hade hittat något unikt. Tester visade att Cu-Cy nanopartiklar, i kombination med röntgenexponering, avsevärt saktade tumörtillväxten i labbstudier.

"Denna nya idé är enklare och bättre än tidigare fotodynamiska terapimetoder. Du behöver inte så många steg. Bara detta material kan göra jobbet, " sa Chen. "Det är det mest lovande vi har hittat i dessa cancerstudier och vi har tittat på det här länge." Chens forskning publiceras i augustiupplagan av Journal of Biomedical Nanotechnology under titeln "En ny röntgenaktiverad nanopartikelfotosensibilisator för cancerbehandling." Medförfattare är Lun Ma, en forskarassistent, och Xiaoju Zou, en forskarassistent.

Universitetet har också lämnat in en provisorisk patentansökan på det nya komplexet.

Fotodynamisk terapi, eller PDT, skadar cancerceller när en fotosensibilisator som introduceras i tumörvävnad producerar giftigt singlettsyre efter att ha exponerats för ljus. I vissa studier, denna ljusexponering görs med hjälp av synliga eller nära-infraröda lasrar. Andra har funnit mer framgång genom att också introducera självlysande nanopartiklar i tumören. Forskare aktiverar den självlysande nanopartikeln med nära-infrarött ljus eller röntgenstrålar, vilket i sin tur aktiverar fotosensibilisatorn.

Båda metoderna har begränsningar för behandling av djupvävnadscancer. De är antingen ineffektiva eller så tränger inte ljuskällan som behövs för att aktivera dem in tillräckligt djupt. Chen sa att röntgeninducerbara Cu-Cy-partiklar överträffar nuvarande fotosensibilisatorer eftersom röntgenstrålarna kan tränga djupt in i vävnaden. Också, Cu-Cy nanopartiklar behöver inte andra fotosensibiliseringar för att vara effektiva så behandlingen är bekvämare, effektivt och kostnadseffektivt.

"Dr Chens engagemang för sitt arbete med cancerrelaterad terapi, samt hans arbete inom området för inrikesskydd, visar de omfattande tillämpningarna och det stora värdet av grundläggande vetenskaplig forskning, sa Carolyn Cason, vice president för forskning vid UT Arlington. "Dessa framsteg har potential att förändra hur vissa cancerformer behandlas och göra terapin mer effektiv - en fördel som skulle vara gränslös."

Chens team testade Cu-Cy på mänskliga bröst- och prostatacancerceller i labbet och fann att det var en effektiv behandling i kombination med röntgenexponering. I ett test, till exempel, en tumör som behandlats med Cu-Cy-injektion och röntgenexponering förblev i stort sett samma storlek under en 13-dagarsperiod medan en tumör utan full behandling ökade med tre gånger.

En annan fördel med den nya nanopartikeln är en låg toxicitet för friska celler. Dessutom, Cu-Cys intensiva fotoluminescens och röntgenluminescens kan användas för cellavbildning, sa tidningen.

Detaljer om kristallstrukturen och optiska egenskaper hos det nya komplexet publiceras i en kommande tidning från Journal of Materials Chemistry . Den finns här. Chen fortsätter att bedriva fotodynamisk cancerterapiforskning under ett anslag från Department of Defense Congressionally Directed Medical Research Programs och med samarbeten från industrin. Han sa att ytterligare forskning skulle innefatta att minska storleken på Cu-Cy nanopartikeln för att göra den lättare absorberad i tumörvävnaden.

"För cancer, det finns fortfarande ingen bra lösning. Förhoppningsvis kan denna nanopartikel ge några möjligheter, " han sa.