I ett genombrott inom cancerterapi har ett team av forskare vid Magzoub Biophysics Lab vid NYU Abu Dhabi (NYUAD) gjort ett betydande framsteg inom ljusbaserade terapier – biokompatibla och biologiskt nedbrytbara tumörinriktade nanosfärer som kombinerar tumördetektering och övervakning med potenta, ljusutlöst cancerterapi för att dramatiskt öka effektiviteten av befintliga ljusbaserade metoder.
Icke-invasiva, ljusbaserade terapier, fotodynamisk terapi (PDT) och fototermisk terapi (PTT) har potential att vara säkra och effektiva alternativ till konventionella cancerbehandlingar, som omges av ett antal problem, inklusive en rad biverkningar och efterbehandlingskomplikationer.
Men hittills har utvecklingen av effektiva ljusbaserade teknologier för cancer hindrats av dålig löslighet, låg stabilitet och brist på tumörspecificitet, bland andra utmaningar. Nanobärare utformade för att leverera PDT och PTT mer effektivt har också visat sig ha betydande begränsningar.
PDT och PTT använder olika metoder för att attackera tumörer. PDT använder laserbestrålning för att aktivera en fotosensibilisator för att generera reaktiva syrearter (ROS), en mycket reaktiv kemikalie som är giftig för cancerceller. I PTT omvandlar en molekyl som kallas ett fototermiskt medel absorberat ljus till värme, med den resulterande hypertermi som leder till partiell eller fullständig förstörelse av tumörvävnad.
I artikeln med titeln "pH-Responsive Upconversion Mesoporous Silica Nanospheres for Combined Multimodal Diagnostic Imaging and Targeted Photodynamic and Photothermal Cancer Therapy", publicerad i tidskriften ACS Nano , presenterar forskargruppen utvecklingen av surhetsutlösta rationella membran (ATRAM) peptidfunktionaliserade, lipid/PEG-belagda upconversion mesoporösa silika nanosfärer (ALUMSN).
Dessa multifunktionella, tumörinriktade nanosfärer skyddar inkapslade fotosensibilisatorer och fototermiska medel från nedbrytning och levererar dessa molekyler direkt till cancerceller. ALUMSN:erna möjliggör tumördetektering och övervakning genom värme- och fluorescensavbildning, såväl som magnetisk resonanstomografi (MRT). ALUMSN:erna underlättar också nära-infraröd (NIR) laserljusinducerad PDT och PTT, vilket i kombination förbättrar effektiviteten av båda fototerapierna för att krympa tumörer utan någon detekterbar systemisk toxicitet.
"Eftersom ROS är en mycket reaktiv molekyl med en mycket kort livslängd och en begränsad verkningsradie, är det absolut nödvändigt att en tillräcklig mängd av fotosensibiliseringsmolekylen finns i tumörvävnaden för att PDT ska vara effektiv", förklarade Loganathan Palanikumar, NYUAD forskning forskare och senior forskare i Magzoub-labbet.
"Dessutom är den lokala hypertermi som krävs för PTT beroende av betydande ackumulering av fototermiska medel i tumörer." Förmågan hos nanobärarna som utvecklats av NYUAD-teamet att öka effektiviteten vid vilken fotosensibilisatorer och fototermiska medel levereras till tumören är ett avgörande framsteg.
"Nya terapeutiska tillvägagångssätt behövs desperat för att förbättra den befintliga arsenalen av cancerbekämpande behandlingar", säger Mazin Magzoub, docent i biologi vid NYUAD, vars labb fokuserar på att utveckla nya terapier och läkemedelstillförselsystem.
"De multifunktionella kärnskalsnanosfärerna som vårt team har utvecklat hjälp för att övervinna problem som har begränsat effektiviteten av viktiga ljusbaserade terapier, erbjuder en lovande tumörinriktad nanoplattform som underlättar multimodal diagnostisk bildbehandling och potent kombinatorisk cancerterapi. Detta arbete banar väg för en spännande vägen framåt för att utveckla ljusbaserade cancerbehandlingar."
Mer information: pH-Responsive Upconversion Mesoporous Silica Nanospheres för kombinerad multimodal diagnostisk bildbehandling och målinriktad fotodynamisk och fototermisk cancerterapi, ACS Nano (2023).
Journalinformation: ACS Nano
Tillhandahålls av New York University
