Sangyong Jon, professor vid institutionen för biologiska vetenskaper vid KAIST, och hans team utvecklade kombinerad fotoakustisk bildbehandling och fototermisk terapi för cancer genom att använda bilirubin (BR) nanopartiklar.

Forskargruppen tillämpade egenskaperna hos ett gallpigment som kallas BR, som utövar potenta antioxidanter och antiinflammatoriska effekter, till denna forskning.

Teamet förväntar sig denna forskning, som visar hög biokompatibilitet såväl som enastående fotoakustisk bildbehandling och fototermisk terapi, att vara ett lämpligt system inom området för behandling av cancer.

Förr, forskargruppen utvecklade ett PEGylerat bilirubinbaserat nanopartikelsystem genom att kombinera vattenolöslig BR med vattenlöslig polyetylenglykol (PEG).

Denna teknik underlättade BR utövar antioxidanter men förhindrade dem från att ackumuleras i kroppen. Dess effektivitet och säkerhet identifierades i en djursjukdomsmodell, för tillstånd som inflammatorisk tarmsjukdom, transport av cellöar, och astma.

Skiljer sig från tidigare forskningsmetoder, denna forskning tillämpade BR:s olika fysikalisk -kemiska egenskaper vid cancerbehandling.

När orsaken till gulsot, gul BR, utsätts för en viss våglängd av blått ljus, medlet blir ett fotoniskt nanomaterial när det reagerar på ljuset. Detta ljuskänsliga nanomaterial kan användas för att bota gulsot eftersom det möjliggör aktiv utsöndring hos spädbarn.

För det andra, teamet identifierade att BR är en viktig komponent i svartpigment gallstenar som ofta kan hittas i gallblåsor eller gallgångar under vissa patologiska tillstånd. Fynden visar att BR bildar svarta pigmentgallstenar utan rollen som en mellanprodukt eller katjon, som kalcium och koppar. Forskargruppen kombinerade cisplatin, ett platinametallbaserat anticancerläkemedel, med BR så att BR nanopartiklar ändrade lösningens färg från gul till lila.

Teamet undersökte också möjligheten av cisplatin-kelaterade BR-nanopartiklar som en sond för fotoakustiska bilder. De fann att avsevärd fotoakustisk aktivitet visades när den exponerades för nära infrarött ljus. Faktiskt, den fotoakustiska signalen ökade signifikant i tumörer hos djur med kolorektal cancer när nanopartiklarna administrerades till den intravenöst. Teamet förväntar sig en mer exakt diagnos av tumörer genom denna teknik.

Dessutom, teamet bedömde de fototermiska effekterna av cisplatin-kelaterade BR nanopartiklar. Forskningen visade att temperaturen på tumörer ökade med 25 grader Celsius inom fem minuter när de utsattes för nära infrarött ljus, på grund av den fototermiska effekten. Efter två veckor, deras storlek minskade jämfört med andra gruppers, och ibland nekrotiserades tumörerna till och med.

Professor Jon sa, "Befintliga substanser har en låg biokompatibilitet och begränsningar för klinisk terapi eftersom de är artificiellt orienterade; därför, de kan ha toxicitet. Jag hoppas att dessa cisplatin-kelaterade BR-baserade nanopartiklar kommer att ge en ny plattform för prekliniska, translationell forskning och klinisk anpassning av fotoakustisk bildbehandling och fototermisk terapi."