En fysiker vid University of Texas i Arlington har föreslagit ett nytt koncept för behandling av cancerceller, ytterligare främja universitetets status som ledande inom hälsa och mänskligt tillstånd.
I en nyligen publicerad artikel i tidskriften Nanomedicin:Nanoteknik, Biologi och medicin , UTA-fysikprofessor Wei Chen och ett team av internationella medarbetare utvecklade idén om att använda titandioxid (TiO2) nanopartiklar stimulerade av mikrovågor för att utlösa cancercellers död utan att skada de normala cellerna runt dem.
Metoden kallas mikrovågsinducerad radikalterapi, som teamet kallar mikrodynamisk terapi, eller MDT.
Användningen av TiO2 nanopartiklar aktiverade av ljus och ultraljud i cancerbehandlingar har studerats omfattande, men detta är första gången som forskare har visat att nanopartiklarna effektivt kan aktiveras av mikrovågor för att förstöra cancerceller – vilket potentiellt öppnar nya dörrar till behandling för patienter som bekämpar sjukdomen.
Chen sa att den nya behandlingen fokuserar på reaktiva syrearter, eller ROS, som är en naturlig biprodukt av kroppens metabolism av syre. ROS hjälper till att döda gifter i kroppen, men kan också vara skadligt för celler om de når en kritisk nivå.
TiO2 går in i cellerna och producerar ROS, som kan skada plasmamembran, mitokondrier och DNA, orsakar celldöd.
"Cancerceller kännetecknas av en högre steady-state saturation av ROS än normalt, friska celler, ", sade Chen. "Denna nya terapi tillåter oss att utnyttja det genom att höja mättnaden av ROS i cancerceller till en kritisk nivå som utlöser celldöd utan att pressa de normala cellerna till samma tröskel."
Pilotstudien för detta nya behandlingskoncept bygger på Chens expertis i användningen av nanopartiklar för att bekämpa cancer.
Chens medarbetare kommer från Guangdong Academy of Medical Sciences och Beihang University. Teamet genomförde experiment som visar att nanopartiklar avsevärt kan undertrycka tillväxten av osteosarkom under mikrovågsstrålning.
Medan TiO2 och lågeffekts mikrovågsstrålning ensam inte effektivt dödade cancerceller, kombinationen av de två visade sig vara framgångsrik för att skapa en toxisk effekt för tumörcellerna. Mikrovågsablationsterapi har redan visat sig vara en effektiv behandling mot skelettcancer, uppnå bättre resultat än MDT. Dock, MDT har tillämpningar för att bekämpa andra typer av cancer, inte bara osteosarkom som används för detta pilotfall.
Att använda ljus för att aktivera ROS – vilket framgår av fotodynamisk terapi – kan vara utmanande för behandling av tumörer djupt belägna i kroppen; i kontrast, mikrovågor ger möjlighet att skapa djupare penetration som fortplantar sig genom alla typer av vävnader och icke-metalliska material.
"Denna nya upptäckt är spännande eftersom den potentiellt skapar nya vägar för att behandla cancerpatienter utan att orsaka försvagande biverkningar, " sade Chen. "Detta riktade sig till, lokaliserad metod tillåter oss att hålla friska celler intakta så att patienter är bättre rustade att bekämpa sjukdomen."
Resultaten av pilotstudien indikerar att MDT är ett lovande tillvägagångssätt för cancerbehandling även om metoden fortfarande håller på att utvecklas och dess begränsningar utforskas. Forskargruppen har ansökt om patent på MDT. Nästa, de planerar att vända sin uppmärksamhet till att förstå fysiken och de interna mekanismerna bakom den kraftfulla kombinationen av mikrovågor och TiO2.
"Dr Chen fortsätter att bygga en forskningsportfölj som har transformativa konsekvenser för cancerbehandling, sa Alex Weiss, ordförande för UTA:s institution för fysik. "Detta nya arbete är ett exempel på den anda av upptäckter som vi strävar efter att förkroppsliga på UTA. Jag ser fram emot vad Dr. Chen och hans medarbetare kan åstadkomma i de kommande faserna av denna forskning när de banar väg för en potentiell ny väg för att bekämpa cancer."
