Vanadin-dopade titandioxid nanospindlar inkapslade i polyetylenglykol (PEG) och används i kombination med ultraljudsvågor kan döda cancerceller. Kredit:Liang Cheng
Ultraljud kan användas för att behandla cancer när det används i kombination med molekyler som gör systemet sensibiliserat för ljudvågor. Dessa sonosensibilisatorer genererar toxiska reaktiva syrearter som attackerar och dödar tumörceller.
I Tillämpad fysik recensioner , forskare från Soochow University i Kina rapporterar en ny typ av sonosensibilisator baserad på en vanadindopad titandioxid, V-TiO2, som ökar mängden skada ultraljud tillfogar tumörer. Studier på möss visade att tumörtillväxt var markant undertryckt jämfört med en kontrollgrupp.
Organiska molekyler har använts tidigare som sensibilisatorer, men dessa är instabila och kan leda till fototoxicitet, där exponering för ljus kan ge utslag eller extrem solbränna. Oorganiska sensibilisatorer baserade på TiO 2 nanomaterial används också, men dessa fungerar inte bra och kan sitta kvar i kroppen under långa perioder.
TiO 2 fungerar inte bra som sensibilisator, eftersom den har ett brett bandgap i sin elektroniska struktur. Även när ultraljudet avlägsnar elektroner från TiO 2 nanopartiklar, elektronerna rekombinerar snabbt med nanopartiklarna, förhindra generering av reaktiva syrearter som kan attackera tumörceller.
Utredarna insåg att de kunde undvika denna effekt genom att dopa TiO 2 nanopartiklar med metallen vanadin för att bilda spindlar i nanostorlek.
"Bandgapet i V-TiO 2 nanospindlarna minskar, öka effektiviteten av ultraljudsutlöst produktion av reaktiva syrearter jämfört med ren TiO 2 nanopartiklar, " sa författaren Liang Cheng.
Mikromiljön runt tumören är nyckeln till att cancer metastaserar och invaderar annan vävnad, och viktigt för hur kemoterapi och andra behandlingar fungerar. Tumörmikromiljön har ett surt pH men innehåller också mycket väteperoxid och ett ämne som kallas glutation.
Utredarna insåg V-TiO 2 spindlar fungerar som små enzymer som katalyserar kemiska processer i mikromiljön. I närvaro av ultraljudsvågor, spindlarna tillåter en tvådelad attack på tumören:en som involverar ljudvågor, den andra en typ av kemoterapi som bryter ned väteperoxid och förbrukar glutation. Båda effekterna dödar tumörceller utan att skada frisk vävnad.
Utredarna genomförde en noggrann studie med kontroller på både bröstcancertumörceller och på möss infekterade med dessa cancerceller. Förutom direkta mätningar om tumörtillväxt, de använde fluorescerande sonder för att visualisera reaktiva syrearter och glutation under processen.
"Det är värt att notera att V-TiO 2 nanospindlar utsöndras snabbt från kroppen, " sade Cheng. "Detta hjälper till att förhindra eventuella långsiktiga toxicitetseffekter."
Forskarna kunde också observera V-TiO 2 nanospindlar i mjälten och levern hos mössen och, senare, i avföring och urin. Inga uppenbara tecken på organinflammation eller skada observerades, visar att dessa sensibilisatorer är både säkra och effektiva.
