Nieuwe quantum dot hydrogel toont verbeterde fotothermische conversie-efficiëntie

Materialen op basis van biomoleculen bieden veel perspectief voor kwaadaardige tumorfototherapie. Huidige supramoleculaire biomaterialen lijden echter voornamelijk aan slechte weefselpenetratie, onvoldoende tumoraccumulatie en met name het negeren van de unieke voordelen van chiraliteit, waardoor hun fototherapeutische werkzaamheid aanzienlijk wordt beperkt.

Voorheen was het ontwerpen van nabij-infrarood, circulair gepolariseerde, lichtgevoelige supramoleculaire biomaterialen met superieure NIR-chiroptische eigenschappen en verbeterde fototherapeutische prestaties een uitdaging.

In een studie gepubliceerd in Nano Vandaageen onderzoeksgroep onder leiding van Prof. Chen Xueyuan van het Fujian Institute of Research on the Structure of Matter (FJIRSM) van de Chinese Academie van Wetenschappen ontwikkelde een nieuwe NIR-CP lichtgevoelige hybride CuInSe₂@ZnS quantum dots (CISe@ZnS QDs) hydrogel (QDs@L/D-Gel) voor het bereiken van een duidelijk verbeterde therapeutische werkzaamheid in vitro en in vivo bij blootstelling aan 808-nm CP-licht.

Onderzoekers hebben de QDs@L/D-Gel gefabriceerd door gebruik te maken van de zelfassemblage tussen CISe@ZnS QDs en aminozuurprecursoren. De verkregen QDs@L/D-Gel vertoonde een onderscheidende NIR chiroptische activiteit (|g_buikspieren| tot 1,3 × 10^-2 en |g_licht| tot 3,4 × 10^-3), een aanzienlijk verbeterde fotothermische conversie-efficiëntie (PCE) van 43% en een verhoogde productie van reactieve zuurstofsoorten (ROS) bij blootstelling aan 808-nm CP-licht.

Dankzij de verbeterde fototherapeutische werkzaamheid van NIR-CP-licht, een sterk verbeterde tumorretentie (> 72 uur) en een superieure biocompatibiliteit, observeerden onderzoekers een opmerkelijk verbeterde fototherapeutische werkzaamheid (tumorinhibitiepercentage = 83%) voor met QDs@L-Gel behandelde muizen na NIR-CP-lichtbehandeling zonder dat er toxische bijwerkingen ontstonden. Hiermee werd een betere prestatie geleverd dan met identiek materiaal dat werd blootgesteld aan lineair gepolariseerd (LP) licht dat rechtstreeks werd uitgezonden door een 808-nm laserapparaat.

Daarnaast voerden onderzoekers circulaire dichroïsme (CD) spectra uit om de supramoleculaire conformatie van de verkregen hybride QD hydrogels te onderzoeken. De spiegelsymmetrie CD curven van L-Gel en D-Gel onthulden dat de L-Gel en D-Gel zichzelf hadden samengesteld uit respectievelijk tegengestelde chirale eenheden.

Deze studie biedt een innovatief inzicht in het gebruik van NIR-CP-licht voor het bereiken van een rationelere en effectievere fototherapie, waardoor de klinische vertaling van op biomoleculen gebaseerde materialen voor veelzijdige biomedische toepassingen wordt versneld.