Anorganische nanozymen die werken als therapeutische en contrastmiddelen bij MRI- en PET-scans

De CIC biomaGUNE Molecular and Functional Biomarkers-groep heeft een snelle, kosteneffectieve, synthetische microgolfmethode ontwikkeld voor het produceren van ultrakleine mangaanferriet-nanodeeltjes die fungeren als geavanceerde, multimodale contrastmiddelen bij magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) en positronemissietomografie (PET ); ze hebben ook intracellulaire katalytische activiteit waardoor een ongekende vermindering van tumorgroei kan worden geïnduceerd, voor materialen van dit type, in een preklinisch model van borstkanker. De resultaten van dit onderzoek, gepubliceerd door het tijdschrift Kleintonen aan dat deze nanodeeltjes robuuste eigenschappen hebben voor nanobiotechnologische toepassingen.

Ultrakleine nanodeeltjes van mangaanferriet bestaan ​​uit ijzer, mangaan en zuurstof; het zijn ijzeroxidedeeltjes van ongeveer 4 nanometer en hebben mangaan geïntegreerd in hun kristalstructuur. Traditioneel worden dit soort deeltjes geproduceerd door middel van tijdrovende organische processen die moeizame zuiveringsfasen vereisen. In deze gevallen maakte hun organische coating het onmogelijk om ze in waterige of biologische omgevingen te gebruiken. Door in dit werk een snelle, met microgolven ondersteunde methode te gebruiken, “hebben we echter kunnen aantonen dat het mogelijk is om deze in water oplosbare nanodeeltjes te produceren die klaar zijn voor gebruik in zowel cellen als in preklinische studies, en die tegelijkertijd zeer efficiënt als contrastmiddelen voor MRI en als catalase-nabootsende nanozymen.Bovendien maakt deze synthese radio-isotooplabeling mogelijk voor contrastdoeleinden met PET-beeldvorming, wat de toepassing ervan in biobeeldvorming verbreedt, “zei Susana Carregal, associate researcher bij CIC biomaGUNE en CIBERES.

In deze studie heeft Carregal’s onderzoeksgroep bewezen “zowel in vitro als in preklinische studies van borstkanker dat deze nanodeeltjes de waterstofperoxide verminderen en het zuurstofgehalte in de tumorcellen verhogen. Deze twee kleine moleculen controleren belangrijke cellulaire functies met directe implicaties voor het ontstaan ​​van ziekten zoals longfibrose of kanker, dus deze nanozymen zouden kunnen worden gebruikt bij behandelingen waarbij de regulatie van deze metabolieten cruciaal is”, legt Carregal uit.

Een bibliotheek van nanodeeltjes met verschillende magnetische en katalytische eigenschappen

Door middel van kleine veranderingen heeft deze onderzoeksgroep een bibliotheek van 14 deeltjes met verschillende magnetische en katalytische eigenschappen geproduceerd: “We kunnen de hoeveelheid mangaan die we in de deeltjes inbrengen regelen zonder eigenschappen zoals lading of grootte te veranderen, die belangrijk zijn met betrekking tot door de hoeveelheid mangaan aan te passen, kunnen we ervoor zorgen dat de nanozymen verschillende beeldvormende en katalytische eigenschappen aannemen, “zei Dr. Carregal. Op die manier kon, afhankelijk van de gekozen toepassing, het meest geschikte nanozyme worden gekozen.

“Het feit dat PET gelijktijdig naast MRI kan worden uitgevoerd en het feit dat de deeltjes zelf een verzwakking van de tumorgroei laten zien, is een opmerkelijke vooruitgang. Dit was nog niet eerder gezien. De deeltjes hadden normaal gesproken op zichzelf geen invloed op de tumorgroei ‘, zei Carrégal. Deze veelbelovende toepassingen openen nieuwe wegen voor de ontwikkeling van efficiëntere theranostische middelen (middelen die zowel therapeutische als diagnostische functies vervullen). “In principe is dit een onderzoek in een voorbereidend stadium, het toont het potentieel van deze materialen aan”, voegde ze eraan toe.

De onderzoeker benadrukte dat “er nog een lange weg te gaan is. Hoewel we een efficiënter en goedkoper synthetisch proces hebben bedacht en de impact ervan op de celbiologie, de studie van de aanpassingsmechanismen van de metabolieten en de lange -termijn bioveiligheid zou verder moeten worden ontwikkeld.”

De onderzoeksgroep heeft een waardevol hulpmiddel opgeleverd op het gebied van nanozymen, niet alleen dankzij hun katalytische efficiëntie, maar ook dankzij hun gecombineerde gebruik als multimodaal contrastmiddel. Er is echter nog veel onderzoekswerk te doen totdat hun potentieel reikwijdte is bewezen in toepassingen die impact kunnen hebben op de samenleving”, besluit Carregal.