De weg verlichten: hoe geactiveerde gouden nanodeeltjes drugsbeweging in het lichaam onthullen

Het volgen van gerichte medicijnafgifte is vaak een uitdaging vanwege beperkingen in de huidige beeldvormingstechnieken. Een recente studie van de Waseda University van Tokyo meldt een doorbraakbeeldvormingstechniek die directe en zeer gevoelige tracking van gouden nanodeeltjes (AUNP’s) in het lichaam mogelijk maakt. Deze nieuwe techniek, die neutronenactivering van goud gebruikt, kan een revolutie teweegbrengen in de medicijnafgifte van kanker door realtime visualisatie van de gouden nanodeeltjes zonder externe tracers mogelijk te maken.

Gouden nanodeeltjes (AuNP’s) zijn kleine gouden deeltjes van 1-100 nanometers en hebben unieke chemische en biologische eigenschappen. Vanwege hun potentieel om zich in tumoren te verzamelen, zijn deze nanodeeltjes naar voren gekomen als veelbelovende medicijndragers voor kankertherapie en gerichte medicijnafgifte. Het volgen van de beweging van deze nanodeeltjes in het lichaam is echter een grote uitdaging geweest. Traditionele beeldvormingsmethoden omvatten vaak tracers zoals fluorescerende kleurstoffen en radio -isotopen, die beperkte visualisatie en onnauwkeurige resultaten geven als gevolg van onthechting van AuNP’s.

In een stap om de beeldvorming van AuNP’s te bevorderen, introduceerden onderzoekers van Waseda University een nieuwe beeldvormingstechniek die neutronenactivering gebruikt om stabiel goud te transformeren in een radio-isotoop van goud en het mogelijk maakt om de AuNP’s in het lichaam te volgen.

De studie werd geleid door Nanase Koshikawa, een Ph.D. Student aan de Graduate School of Advanced Science and Engineering aan Waseda University, en Jun Kataoka, professor aan de faculteit Wetenschap en Engineering aan de Waseda University, in samenwerking met Osaka University en Kyoto University. De bevindingen van deze studie waren gepubliceerd in Applied Physics Letters.

“Traditionele beeldvormingsmethoden omvatten externe tracers, die zich kunnen losmaken tijdens de bloedsomloop”, legt Koshikawa uit. “Om deze beperking te overwinnen, hebben we de AuNP’s direct gewijzigd, waardoor ze detecteerbaar zijn via röntgenfoto’s en gammastralen zonder het gebruik van externe tracers.”

Voor activering van de AuNP’s bestraalden de onderzoekers de stabiele gouden nanodeeltjes met neutronen, waardoor de stal omzet (¹⁹⁷Au) naar radioactief (¹⁹⁸Au). De radioactief ¹⁹⁸AU straalt gammastralen uit, die van buiten het lichaam detecteerbaar zijn. Prof. Kataoka legt neutronenactivatie uit en zegt: “Activering van atomen door deeltjesbestraling is een techniek die het materiaal direct verandert. De veranderde elementen zijn soms onstabiel en stoten röntgenstralen uit en gammastralen die het materiaal van buiten het lichaam zichtbaar maken. Dit verandert niet het atoomnummer, en het chemische eigenschappen van het element zijn bewaard.”

De onderzoekers bevestigden verder het volgen van deze radioactieve AuNP’s door ze in tumordragende muizen te injecteren en ze te visualiseren met behulp van een speciaal beeldvormingssysteem.

Bovendien demonstreerde de studie deze beeldvormingstechniek voor het leveren van medicijnen ²¹¹Atat, een radiotherapeutisch medicijn dat wordt gebruikt bij gerichte kankertherapie. De ^211BijBij het uitzenden van alfa-deeltjes en röntgenfoto’s, die gedurende een kortere duur detecteerbaar zijn vanwege een kortere halfwaardetijd. De onderzoekers bestempelden de ²¹¹Atat met de radioactieve aunps, vormen ²¹¹Atat-gelabeld (¹⁹⁸Au) auenps. Deze benadering zorgde voor langdurige beeldvorming van het medicijn vanwege de langere halfwaardetijd (2,7 dagen) van ¹⁹⁸Au, het overwinnen van de beperkingen van de korte halfwaardetijd van ²¹¹Atat.

“²¹¹Atat heeft een halfwaardetijd van slechts 7,2 uur, en daarom verdwijnen de uitgestoten röntgenfoto’s binnen 2 dagen, maar met de (¹⁹⁸Au) AuNPS-labeling, we konden de distributie van het medicijn tot 5 dagen volgen met behulp van gammastralen van ¹⁹⁸au, die een langere halfwaardetijd van 2,7 dagen heeft, “zegt co-auteur Atsushi Toyoshima van het Institute for Radiation Sciences, Osaka University.

Deze studie vertegenwoordigt een doorbraak op het gebied van gerichte medicijnafgifte en kan leiden tot belangrijke vooruitgang in systemen voor medicijnafgiftes. De directe tracking van AuNP’s in het lichaam zou de weg kunnen effenen voor effectievere kankerbehandelingen met nauwkeurige monitoring van de distributie van geneesmiddelen. De studie zou ook nieuwe mogelijkheden kunnen openen voor realtime farmacokinetische studies, waardoor een verbeterde veiligheid en werkzaamheid van geneesmiddelen wordt gewaarborgd.

“AuNP’s worden actief onderzocht voor medische toepassingen”, legt co-auteur Hiroki Kato uit van het Institute for Radiation Sciences, Osaka University. “We hebben een eenvoudige en schaalbare techniek ontwikkeld voor het bijhouden van AuNP’s die nanomedicine aanzienlijk kunnen bevorderen tijdens het stimuleren van de optimalisatie van op goud gebaseerde nanomaterialen.”

Richt op hun plannen, co-auteur Yuichiro Kadonaga, een universitair docent van het Institute for Radiation Sciences, Osaka University, deelt zijn perspectief en zeggen: “We zijn van plan om de beeldvormingsresolutie te verbeteren en deze techniek uit te breiden naar verschillende nanopartikelsystemen. Door verder neutronenactivatie-beeldvorming te richten, drugs voor het volgen van een potentieel revolutioneringstechnologie.”