Ett nytt projekt vid National Physical Laboratory (NPL) kommer att utveckla metoder för att mäta den radiobiologiska effekten av guldnanopartiklar, när den används i kombination med joniserande strålning för att förbättra strålbehandlingsbehandlingar och medicinsk bildbehandling.

Nanopartiklar används för närvarande i flera medicinska tillämpningar och många fler har föreslagits, med stora potentiella fördelar för patienter och vårdgivare. På grund av deras höga atommassa, guld nanopartiklar kan absorbera betydligt mer strålning än mjukvävnadsceller, vilket gör dem idealiska för att öka stråldosen i tumörer eller förbättra kontrasten i specifika vävnader under diagnostisk bildbehandling (t.ex. dopning av en vävnad med 1 % av sin vikt med nanopartiklar skulle fördubbla den stråldos som absorberas efter kV-röntgenexponering).

Utnyttja guldets biokompatibilitet, nanopartiklar kan injiceras intravenöst och ackumuleras naturligt i alla områden med läckande kärl, t.ex. tumörer. Dessutom, specifika antikroppar kan kopplas till guldnanopartiklarna för mer specifik selektivitet med särskilda typer av celler. Dock, mängden och kvaliteten på strålningseffekterna som förstärks av nanopartiklarna beror starkt på flera parametrar såsom cellulärt upptag av nanopartiklar (mindre nanopartiklar kan penetrera cellkärnan och interagera med DNA-molekyler), nanopartikelstorlek, koncentration, avgift och liknande.

För att säkert och effektivt använda guldnanopartiklar, därför, vi måste undersöka och kvantifiera den ökade effekten av strålning som de orsakar. Detta kräver spårbara mätningar och rigorösa standarder för att definiera och kvantifiera nyckelparametrar, vilket kommer att hjälpa till att optimera själva behandlingarna och möjliggöra deras reglering.

Det nya projektet kommer att arbeta mot detta mål genom att anställa expertis från flera olika forskargrupper vid NPL, i samarbete med universitet och forskningsinstitut från hela världen.

Radiation Dosimetry Group kommer att beräkna de förbättrade strålningsdoserna och studera förändringar på nano- och mikroskopisk nivå efter interaktion mellan strålningsstrålar och nanopartiklar. Strålningskemi och radiobiologiska undersökningar kommer att validera och komplettera dosimetristudierna för att utveckla lämpliga modeller som kopplar samman nanopartikelegenskaper, energideposition och biologiskt svar.

Bioteknikgruppen kommer att bidra med avancerade mikroskopitekniker som kan kontrollera lokalisering och upptag av nanopartiklar i celler och vävnader. Surface &Nanoanalysis Group kommer att använda nanoteknologiska tekniker för att karakterisera deras fysikaliska egenskaper och hitta de bästa metoderna för att framställa dem.

Det kommer att finnas ett formellt och informellt samarbete med externa forskare från organisationer, inklusive Queen's University Belfast och University of Surrey, samt input från Nanotechnology Characterization Laboratory (NCL), del av US National Institutes of Health. Karakteriseringsmetoden kommer att göras tillgänglig för Medicine and Healthcare Products Regulatory Agency (MHRA), som undersöker reglering av medicinsk användning av nanopartiklar.

Giuseppe Schettino, från stråldosimetrigruppen vid NPL, sa:

"Till skillnad från annan relaterad forskning, detta tvärvetenskapliga projekt kommer att fokusera på att utveckla en metod för att utvärdera och kvantifiera effekterna av nanopartiklar och strålning. Vi hoppas att detta kommer att vara mycket värdefullt för tillverkare och hjälpa till med att översätta forskning från laboratoriet till sjukhus och kliniker där det kan gynna patienter. "