Geaggregeerde conjugaten van gouden nanodeeltjes voor multimodale beeldvorming en synergetische fototherapie

Chemici van de National University of Singapore hebben ontdekt dat geaggregeerde, lichtgevoelige conjugaten van gouden nanodeeltjes kunnen worden gebruikt voor multimodale beeldvorming en synergetische fototherapie om kankercellen effectief te vernietigen bij vermogensdichtheden onder de huidtolerantiedrempel. Het onderzoek wordt gepubliceerd in het tijdschrift Nano Vandaag.

Fototherapietechnieken zoals fotodynamische therapie (PDT) en fotothermische therapie (PTT) hebben vanwege hun minimale invasiviteit veel belangstelling gewekt als veelbelovende therapeutische technieken voor de behandeling van kanker. Bij PDT worden fotosensitizers geactiveerd om reactieve zuurstofspecies te produceren om kankercellen te vernietigen bij lichtbestraling.

Voor PTT wordt een fotothermisch middel gebruikt om lichtstralingsenergie te absorberen en om te zetten in warmte om kankercellen te vernietigen. Conventionele PDT lijdt echter aan de “altijd aan”-modus met ernstige bijwerkingen na de behandeling en inefficiënte vorming van reactieve zuurstofspecies. PTT-behandeling heeft ook verschillende nadelen, zoals onnodige schade veroorzaakt door oververhitting en een relatief lage efficiëntie bij het afleveren van fotothermische middelen op de doellocatie.

Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Xu Qing-Hua van het Department of Chemistry, National University of Singapore, ontwierp een aggregatie-geïnduceerd emissieverbeteringsschema voor de fotosensibilisator, die is gebaseerd op geconjugeerde metalen nanodeeltjes. Deze nanodeeltjes vertonen multimodale beeldvormingsmogelijkheden en hebben zeer efficiënte PDT/PTT synergetische therapie-effecten in hun geaggregeerde vorm.

In deze benadering werd aangetoond dat aggregaten van met chloor e6 geconjugeerde gouden nanodeeltjes aanzienlijk verbeterde excitatiefluorescentie met één en twee fotonen, singlet-zuurstofgeneratie en fotothermische effecten vertonen. De fotoactiviteit van de fotosensitizers werd eerst onderdrukt door ze aan gouden nanodeeltjes te bevestigen, maar werd aanzienlijk verbeterd toen ze aggregaten vormden. Naast de verhoogde helderheid verbeterde de fotostabiliteit van het nanodeeltjesaggregaat aanzienlijk in vergelijking met hun niet-geaggregeerde vorm. Dit komt door de verkorte levensduur van de moleculen in hun aangeslagen toestand.

Op basis van hun bevindingen hebben de onderzoekers onder laboratoriumomstandigheden multimodale beeldvorming en synergetische fototherapie aangetoond met behulp van HeLa-kankercellen. Door in-situ aggregaten in kankercellen te vormen, fungeren de nanodeeltjes-aggregaten als fluorescentiebeeldvormende sondes onder excitatie van één en twee fotonen met respectievelijk rood en nabij-infrarood licht. Deze nanodeeltjesaggregaten vertoonden ook uitstekende PDT- en PTT-prestaties, die kankercellen effectief kunnen vernietigen door roodlichtlasers te gebruiken met een vermogensdichtheid die onder de huidtolerantiedrempel ligt vanwege de synergetische therapie-effecten.

Prof Xu zei: “Dit plasmonische nanosysteem, dat is gebaseerd op een nieuw type aggregatie-geïnduceerd emissieverschijnsel, biedt een veelbelovende techniek voor beeldvormingsgestuurde PDT/PTT-synergetische therapie. Dit zou mogelijk een nieuwe locatie kunnen openen om veilige, nauwkeurige en niet-invasieve theranostiek.”