(A) Figur beskriver de förbättrade fototermiska svaren hos aggregerade guldnanopartiklar. (B) Aptamer-modifierade guld nanosfärer som visar hög selektivitet i specifik inriktning av mänskliga prostatacancerceller över normala mänskliga prostataepitelceller (gröna cirklar). (C) Figur visar selektiv foto-termisk avbildning av cancerceller. (D) Figur visar de skadade cancercellerna efter fototermisk behandling. Kreditera: Journal of Physical Chemistry Letters
NUS-kemister har funnit att guld nanopartikelkluster kan användas i fototermisk terapi för avbildning och behandling av mänsklig prostatacancer.
Fototermisk terapi är en ny behandlingsmetod för cancerpatienter som är minimalt invasiv och kan riktas mot en specifik region i kroppen. Den använder ett fototermiskt medel för att absorbera och omvandla ljusstrålningsenergi till värme för att döda cancercellerna. Guldnanopartiklar är utmärkta fototermiska medel på grund av sina unika fysikalisk-kemiska egenskaper och höga foton-till-värmekonverteringseffektivitet (> 99 %). Dock, de har dålig ljusabsorption i det nära-infraröda (NIR) området där vävnadstransmissiviteten är optimal. Därför, en starkare NIR-ljuskälla måste användas, vilket kan orsaka oavsiktlig sidoskada på omgivande områden.
I samarbete med professor Matthew LANG från Vanderbilt University, forskargruppen ledd av prof XU Qing-Hua från kemiavdelningen, NUS fann att guld nanosfärer (70 nm i diameter) visar förbättrad absorption och fototermiska svar i NIR-regionen när de aggregeras för att bilda kluster. Diskreta guld nanosfärer är kända för att vara dåliga nära-infraröda ljusabsorbenter men deras absorptionsförmåga kan ökas med upp till 25 gånger när de bildar kluster. Den förbättrade absorptionen beror på en effekt som kallas plasmonkoppling , vilket inträffar när separationen mellan två partiklar är mindre än deras individuella storlek.
Baserat på deras resultat, forskarna har visat fototermisk avbildning och terapi på mänskliga prostatacancerceller i laboratoriemiljö. De designade och byggde ett fototermiskt bildsystem som består av två tätt fokuserade kolinjära kontinuerliga vågiga NIR-lasrar:en stråle vid 750 nm fungerar som värmestrålen, och en annan stråle vid 850 nm detekterar den termiskt inducerade förändringen i brytningsindex. Guld nanosfärer modifierade med aptamerer (oligonukleotid- eller peptidmolekyler som binder till en specifik målmolekyl) fästs selektivt på membranet hos mänskliga prostatacancerceller för att bilda kluster. Detta gör att cancercellerna kan detekteras selektivt med hjälp av systemet och skadas med hög noggrannhet.
Prof Xu sa, "Går vidare, teamet planerar att fokusera på att förbättra detekteringen av fototermisk respons genom användning av fotoakustiska signaler. Detta kommer att möjliggöra mer känslig detektering vid djupare vävnader."
