En internationell grupp av forskare ledd av Gang Han, PhD, vid University of Massachusetts Medical School, har kombinerat en ny typ av nanopartiklar med en FDA-godkänd fotodynamisk terapi för att effektivt döda djupt sittande cancerceller in vivo med minimal skada på omgivande vävnad och färre biverkningar än kemoterapi. Denna lovande nya behandlingsstrategi kan utöka den nuvarande användningen av fotodynamiska terapier för att få tillgång till djupa cancertumörer.
"Vi är mycket glada över potentialen för klinisk praxis med hjälp av våra förbättrade nanopartiklar med röda utsläpp i kombination med FDA-godkänd fotodynamisk läkemedelsbehandling för att döda maligna celler i djupare tumörer, " sa Dr Han, huvudförfattare till studien och biträdande professor i biokemi och molekylär farmakologi vid UMMS. "Vi har kunnat göra det här med biokompatibel lågeffekt, djupt vävnadspenetrerande 980 nm nära-infrarött ljus."
I fotodynamisk terapi, även känd som PDT, patienten ges ett icke-toxiskt ljuskänsligt läkemedel, som absorberas av alla kroppens celler, inklusive de cancersjuka. Röda laserljus specifikt inställda på läkemedelsmolekylerna sätts sedan selektivt på tumörområdet. När det röda ljuset interagerar med det ljuskänsliga läkemedlet, den producerar en mycket reaktiv form av syre (singlet syre) som dödar de maligna cancercellerna samtidigt som de flesta närliggande celler lämnas oskadda.
På grund av den begränsade förmågan hos det röda ljuset att penetrera vävnad, dock, nuvarande fotodynamiska terapier används endast för hudcancer eller lesioner i mycket ytlig vävnad. Förmågan att nå djupare cancerceller kan utöka användningen av fotodynamiska terapier.
I forskning publicerad online av tidskriften ACS Nano från American Chemical Society, Han och hans kollegor beskriver en ny strategi som använder sig av en ny klass av uppkonverterande nanopartiklar (UCNP), en miljarddels meter i storlek, som kan fungera som en slags relästation. Dessa UCNPs administreras tillsammans med det fotodynamiska läkemedlet och omvandlar djupt penetrerande nära-infrarött ljus till det synliga röda ljuset som behövs i fotodynamiska terapier för att aktivera det cancerdödande läkemedlet.
För att uppnå denna ljusomvandling, Han och kollegor konstruerade en UCNP för att ha bättre utsläpp i den röda delen av spektrumet genom att belägga nanopartiklarna med kalciumfluorid och öka dopningen av nanopartiklarna med ytterbium.
I sina experiment, forskarna använde den låga kostnaden, FDA-godkända fotosensibiliserande läkemedlet aminolevulinsyra och kombinerade det med de förstärkta röda emissions-UCNPs som de hade utvecklat. Nära-infrarött ljus tändes sedan på tumörplatsen. Han och kollegor visade att UCNP framgångsrikt omvandlade det nära-infraröda ljuset till rött ljus och aktiverade det fotodynamiska läkemedlet på nivåer djupare än vad som för närvarande kan uppnås med fotodynamiska terapimetoder. Utförs både in vitro och med djurmodeller, kombinationsbehandlingen visade en förbättrad destruktion av cancertumören med lägre lasereffekt.
Yong Zhang, PhD, ordförande professor vid National University of Singapore och en ledare inom utveckling och tillämpning av uppkonverteringsnanopartiklar, som inte var involverad i studien, sade att genom att framgångsrikt konstruera förstärkta röda utsläpp i dessa nanopartiklar, forskargruppen har skapat den djupaste fotodynamiska behandlingen någonsin med ett FDA-godkänt läkemedel.
"Denna terapi har ett stort löfte som en icke-invasiv mördare för maligna tumörer som är mer än 1 cm djupa - bröstcancer, lungcancer, och tjocktarmscancer, till exempel – utan biverkningar av kemoterapi, " sa Zhang.
Han sa, "Det här tillvägagångssättet är en spännande ny utveckling för cancerbehandling som är både effektiv och giftfri, och det öppnar också för nya möjligheter att använda nanopartiklarna med utökade röda utsläpp i andra fotoniska och biofotoniska applikationer."
