Licht-en-geluid gebaseerde thermometer helpt gouden nanodeeltjes die kanker vernietigen

Biomedische ingenieurs van de Duke University hebben een methode ontwikkeld om gouden nanodeeltjes nauwkeuriger op te warmen om kankerachtige tumoren te richten en te vernietigen. Met behulp van beeldvormingsmethoden die licht en geluid combineren om dieper in weefsel te turen, was het team beter in staat om nanodeeltjes op te sporen en te verwarmen om een blaaskanker -tumor in een diermodel te vernietigen. Het onderzoek is gepubliceerd in het dagboek De wetenschap vordert.

In de zoektocht naar niet-invasieve kankertherapieën zijn op licht gebaseerde behandelingen zoals door nanodeeltjes gemedieerde fotothermische therapie (PTT) naar voren gekomen als veelbelovende kandidaten. Tijdens deze therapieën worden nanodeeltjes, vaak in de vorm van staven of kleine sterren, in het lichaam geïnjecteerd en reizen via het bloedsomloop voordat ze zich ophopen in kankertumoren.

Zodra voldoende nanodeeltjes de tumor verzadigen, worden lasers gebruikt om de deeltjes op te warmen, die vervolgens de omringende kankercellen kunnen vernietigen. Op nanodeeltjes gebaseerde PTT is zelfs recent gebruikt om prostaatkanker bij mensen met succes te behandelen en aanvullende klinische onderzoeken zijn aan de gang.

Hoewel PTT helpt bij het minimaliseren van eventuele off-target schade die vaak gepaard gaat met op licht gebaseerde therapieën, is de aanpak niet zonder problemen. Wanneer de nanodeeltjes worden verwarmd, veranderen ze vaak van vorm en veranderen ze van een ster in een bol, die op zijn beurt hun werkzaamheid beperkt. Onderzoekers hebben ook de beeldgereedschappen gemist die in staat zijn om de temperatuur en locatie van de deeltjes in diep weefsel nauwkeurig te volgen.

“Toen we een temperatuurmeting wilden nemen, moesten we een invasieve thermische sonde gebruiken, die niet veel geavanceerder was dan een gewone kookthermometer,” zei Aidan Canning, een Ph.D. Student in het lab van Tuan Vo-Dinh, de R. Eugene en Susie E. Goodson onderscheiden professor Biomedical Engineering aan Duke. “Deze sondes kunnen ook het laserlicht absorberen, dat de diepe weefselwaarden scheefde.”

>

Maar Canning vond een oplossing voor deze langdurige problemen op slechts een paar laboratoria bij Duke.

Tri Vu was een Ph.D. Student in het lab van Junjie Yao, de Jeffrey N. Vinik universitair hoofddocent Biomedical Engineering, waar hij werkte aan foto -akoestische tomografie, een beeldvormingstechniek die een laser in weefsel inhoudt en de resulterende ultrasone golf meten om kleurrijke beelden te maken. Destijds had VU een full-ring array gemaakt voor beeldvorming met kleine dieren die hij foto-akoestische computertomografie (PACT) noemde.

“Het ziet eruit als een miniatuur MRI -machine,” Legde VU uit, nu een onderzoeksassistent professor aan de Universiteit van Oklahoma. “Maar wanneer een dier als een muis in het systeem wordt geplaatst, kunnen we diepe weefselbeeldvorming vastleggen door het hele lichaam van het dier.”

Canning had gehoord over de technologie van VU en was nieuwsgierig naar hoe het zou combineren met zijn nanostars. Het gevoel was wederzijds voor VU. In eerste experimenten ontdekte het team dat het beeldvormingssysteem van VU gemakkelijk de accumulatie van Canning’s nanostars in de beoogde tumoren en weefsels door de dieren kon volgen.

Ze ontdekten ook dat de thermische gevoeligheid van foto -akoestische beeldvorming het team in staat stelde om de temperatuur van de nanostars en het omliggende weefsel nauwkeuriger te meten.

Canning en Vu testten de werkzaamheid van hun systeem in een muismodel voor blaaskanker met behulp van een bijgewerkte versie van de gouden nanostars. Het nieuwe ontwerp van Canning omhult elke nanostar in een holle gouden schaal die de takken van de ster stabiliseert terwijl ze verwarmen, waardoor ze niet in bollen smelten.

In combinatie met het PACT -systeem van VU was het team gemakkelijk in staat om de nanostars te detecteren en in beeld te brengen en de voortgang van de fotothermische behandeling te controleren. Door de temperatuur nauwkeuriger te bewaken, was het team in staat om de ideale temperatuurdosis te observeren die nodig was om de nanostars te activeren en cellen te vernietigen.

De combinatie van deze technologieën resulteerde in een 100% overlevingspercentage in hun blaaskankermodellen, en er was geen waargenomen behandelingsgerelateerde toxiciteit of schade aan het oppervlakweefsel.

“De integratie van deze technologieën was een belangrijke stap om veldbrede uitdagingen aan te gaan en meer gepersonaliseerde behandeling na te streven,” zei Canning.

Het duo is al van plan hun werk voort te zetten door te onderzoeken hoe deze tools presteren in grotere diermodellen. Ze hopen ook te onderzoeken hoe ze hun hulpmiddelen kunnen gebruiken om te illustreren hoe PTT kan worden gebruikt in combinatie met andere behandelingsmethoden zoals immunotherapie om immuunresponsen tegen kanker te optimaliseren.

“Dit werk biedt veel mogelijkheden om nieuwe manieren te verkennen om fotothermische therapieën te bevorderen en te verbeteren met behulp van foto -akoestische beeldvorming,” zei vu. “Aidan en ik zijn allebei dankbaar dat onze laboratoria en Duke BME hebben geholpen een omgeving te bevorderen waar die samenwerking mogelijk was.”