Alles-in-één slimme nanomateriaal toont belofte voor de diagnose van kanker, behandeling en immuunresponsinductie

Het Korea Research Institute of Standards and Science heeft met succes een nanomateriaal ontwikkeld dat in staat is om tegelijkertijd de diagnose van kanker, behandeling en immuunresponsinductie uit te voeren. In vergelijking met conventionele nanomaterialen die slechts één functie uitvoeren, verbetert dit nieuwe materiaal de efficiëntie van de behandeling aanzienlijk en zal naar verwachting dienen als een platform voor kankertherapie van de volgende generatie met behulp van nanotechnologie.

Het onderzoek is gepubliceerd in de Chemical Engineering Journal.

Momenteel omvatten kankerbehandelingen voornamelijk chirurgie, radiotherapie en chemotherapie. Deze behandelingen hebben echter aanzienlijke beperkingen, omdat ze niet alleen de kankerachtige gebieden beïnvloeden, maar ook schade aan gezonde weefsels veroorzaken, wat leidt tot aanzienlijke bijwerkingen.

Kankerbehandeling met behulp van nanomaterialen is naar voren gekomen als een technologie van de volgende generatie die tot doel heeft de beperkingen van conventionele behandelingen te overwinnen. Door gebruik te maken van de fysische en chemische eigenschappen van nanomaterialen, is het mogelijk om zich precies te richten op en medicijnen aan kankercellen en getroffen gebieden te leveren.

Bovendien zijn gepersonaliseerde behandelingen op basis van individuele genetische profielen nu mogelijk en bieden ze een therapie die bijwerkingen aanzienlijk vermindert en tegelijkertijd de effectiviteit verbetert in vergelijking met traditionele methoden.

De Kriss Nanobio-meetgroep heeft een nieuw nanomateriaal ontwikkeld dat niet alleen realtime monitoring en behandeling van kankerachtige gebieden mogelijk maakt, maar ook het immuunresponsysteem activeert. Het door het onderzoeksteam ontwikkelde nanomateriaal is een drievoudige laag nanodisk (AUFeAunds), waarbij ijzer (Fe) tussen goud (AU) is ingevoegd.

Het ontwerp van het nanomateriaal, dat ijzer heeft in het midden van een schijfvormige structuur, biedt superieure structurele stabiliteit in vergelijking met traditionele sferische materialen. Bovendien, door het toepassen van een magneet in de buurt van de tumorplaats, kunnen de magnetische eigenschappen van het ijzer het nanomateriaal gemakkelijk worden aangetrokken, waardoor de behandelingsefficiëntie verder wordt verbeterd.

De nanodisk ontwikkeld door het onderzoeksteam is uitgerust met foto-akoestische (PA) beeldvormingsmogelijkheden, waardoor realtime observatie van zowel de locatie van de tumor als het medicijnafgifteproces mogelijk is. PA is een techniek die de trillingen (echografie) visualiseert die worden gegenereerd door warmte wanneer licht (laser) wordt gericht op de nanodisk.

Door deze functie te gebruiken, kan de behandeling worden uitgevoerd op het optimale tijdstip waarop het nanomateriaal de tumorplaats bereikt, waardoor de effectiviteit ervan wordt gemaximaliseerd. In feite heeft het onderzoeksteam in dierlijke experimenten de accumulatie van nanodeeltjes op de tumorplaats in de loop van de tijd met succes gevolgd met behulp van PA -beeldvorming, waarbij wordt vastgesteld dat de meest effectieve tijd voor behandeling zes uur nadat het materiaal is toegediend is.

Bovendien kan deze nanodisk op een geïntegreerde manier drie verschillende therapeutische mechanismen uitvoeren, waarvan wordt verwacht dat ze verschillende soorten kankercellen behandelen, in tegenstelling tot materialen die beperkt zijn tot enkele therapieën. Hoewel conventionele nanomaterialen alleen fotothermische therapie (PTT) gebruiken, waarbij gouddeeltjes worden verwarmd om kankercellen te elimineren, kan de door dit onderzoeksteam ontwikkelde nanodisk ook chemische dynamische therapie (CDT) uitvoeren door de eigenschappen van ijzer te gebruiken om oxidatie in de tumor te induceren, evenals ferroptosis.

Na de behandeling induceert de nanodisk ook immuunresponsstoffen. De ontwikkelde nanodisk vraagt ​​kankercellen om gevaar-geassocieerde moleculaire patronen (DAMP’s) af te geven wanneer ze sterven, wat het lichaam helpt dezelfde kankercellen te herkennen en aan te vallen als ze terugkeren. In dierexperimenten bevestigde het onderzoeksteam dat het genereren van waarschuwingssignalen door de nanodisk leidde tot een toename van het aantal immuuncellen met maximaal drie keer.

Eerste auteur Dr. Lee Eun Sook verklaarde: “In tegenstelling tot conventionele nanomaterialen, die uit een enkel element zijn samengesteld en slechts één functie uitvoeren, gebruikt het materiaal dat in deze studie is ontwikkeld de gecombineerde eigenschappen van goud en ijzer om meerdere functies uit te voeren.”