Schematiskt diagram över MS NPs som fungerar som en intratumoral DOA för specifik cancersvultande terapi. Aktiveras av den sura tumörmikromiljön, MS NP producerar reaktivt silan för att ge upphov till en effektiv deoxygeneringseffekt och producerar SiO2-blockerare in situ i tumörblodkapillärer, som därefter förhindrar oönskad återsyresättning. Den syrefria tumören utan ytterligare syretillförsel kommer att kvävas i frånvaro av den nödvändiga energimetabolismen. MS NP här är de PVP-modifierade Mg2Si nanopartiklarna.
(Phys.org)—En målterapi inom cancerforskning är att kväva tumören. Celler behöver syre för att överleva så forskare har fokuserat på metoder för att stänga av blodtillförseln till tumören. Mycket lite forskning har involverat direkt avlägsnande av syre i tumören.
För detta ändamål, en grupp forskare från Shanghai Institute of Ceramics, Kinesiska vetenskapsakademin och East China Normal University har utvecklat ett deoxygeneringsmedel som använder polyvinylpyrrolidon modifierad Mg 2 Si nanopartiklar. Detta medel är pH -känsligt, förbrukar effektivt syre, och en av produkterna av syrekonsumtion bildar också aggregat som potentiellt skulle kunna blockera blodkärl. Preliminära musstudier visar tumörhypoxi och god biokompatibilitet. Deras arbete visas i Naturens nanoteknik .
Det finns flera viktiga egenskaper för ett bra tumörsvältande medel. För en, medlet måste vara biokompatibelt vilket förnekar användningen av tungmetaller för syreabsorption. Dessutom, medlet måste vara effektivt vid deoxygenering och fungera som en långsiktig syrerenare, inklusive förhindrande av återsyresättning av deoxygenerade tumörer genom oskadade blodkärl. Och, som alltid, någon cancerbehandling behöver inrikta sig på tumörer utan att skada frisk vävnad, och medlet ska lätt injiceras med en spruta.
I den aktuella forskningen, Zhang et al. utvecklat polyvinylpyrrolidin (PVP)-modifierat Mg 2 Si nanopartiklar som har flera av egenskaperna för ett bra tumörhungrande medel. Viktigt, huvudkomponenterna, magnesium, kiseldioxid, och vatten är biokompatibla. Dessutom, reaktionsmekanismen bildar ett mycket reaktivt O 2 asätare, SiH 4 , vilket tjänar till att göra dessa nanopartiklar mycket effektiva för att fånga upp syre.
För att göra injicerbara nanopartiklar, Zhang et al. utvecklat en självförökande högtemperatursyntes i en syre-argonatmosfär. Detta gör att nanopartiklarna kan förbli dispergerade i vätskan, snarare än att bilda kluster, så att de är injicerbara i vävnad. Denna syntes drar fördel av bildningen av MgO-biprodukt som stoppar den kontinuerliga bildningen av Mg 2 Si aggregat.
En del av reaktionsmekanismen involverar bildandet av Si 4- , som är mycket känslig för syra. Detta är viktigt eftersom tumörmiljön tenderar att vara sur jämfört med normal vävnad (pH~6,4), och pH-känslighet kan hjälpa till med vävnadsspecificitet. För att undersöka pH-känsligheten hos deras deoxygeneringsmedel, Zhang et al. placerade sina nanopartiklar i en dialyspåse, som sedan nedsänktes i buffertlösningar med varierande pH -värden i slutna rör. Under sura förhållanden, nanopartiklarna minskade irreversibelt nivån av syre, men var oreaktiva i neutralt pH. Vidare, SiO 2 aggregat bildade på plats som tjänade till att blockera en simulerad kapillär.
Ytterligare studier visade att MgSi 2 nanopartiklar visade mycket liten cytotoxicitet tills de mötte cancercellens sura miljö. Genom att använda MCF-7 humana bröstadenokarcinomceller, Zhang et al. observerade att kombinationen av syra och nanopartiklar ledde till celleffektiv hypoxi. Vidare, cellproliferation minskade, vilket sannolikt beror på mitokondriell skada från deoxygenering.
In vivo-studier som involverade bilaterala 4T1 xenotumorbärande möss visade att Mg 2 Si-nanopartiklar fungerade som effektiva deoxygeneringsmedel. Varje mus injicerades med nanopartikeldeoxygeneringsmedlet i den högra tumören och med saltlösning som en kontroll i den vänstra tumören. Mätningar av syremättnadsnivåer i blodet efter tio minuter visade liten förändring i kontrolltumören och en drastisk minskning av syre i testtumören. Syreminskningen fortsatte i tre timmar i den testade tumören tills tester på både hemoglobinbundet syre och blodsyre visade fullständig utarmning i tumören. I synnerhet, PET/CT-bilder visar att hypoxi inträffade i tumören och inte i de omgivande vävnaderna.
Ytterligare observationer från in vivo -studien visade att de tumörer som fick Mg 2 Si-nanopartiklar visade en långsammare tillväxthastighet jämfört med kontroller och efter tjugofyra timmar, även om cellproliferationen inte bromsades så signifikant som i in vitro-studierna. Dessa celler visade tecken på fibros, nekros, och apoptos. Dessutom, magnesium eliminerades snabbt från kroppen medan kisel så småningom eliminerades.
Övergripande, denna forskning ger ett övertygande proof-of-concept för användningen av PVP-modifierad Mg 2 Si nanopartiklar som potentiella kandidater för användning som ett tumörriktat deoxygeneringsmedel. Författarna påpekar att framtida forskning skulle innebära att utforska ytmodifieringar av nanopartiklarna för att skräddarsy hur lång tid nanopartiklarna kan resa genom blodströmmen.
© 2017 Phys.org
