Multifunctionele vloeistofmetaal nanocomposieten voor foto -immunotherapie van kanker zijn met succes ontwikkeld

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Eijiro Miyako van het Materials Chemistry Frontiers Research Area bij Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) heeft met succes multifunctionele nanocomposieten ontwikkeld door vloeibare metaaloppervlakken te coaten met melkzuurbacteriecomponenten en bijna-infrarood fluorescerende dye (indocyanine groen).

Het papier is gepubliceerd in het dagboek Geavanceerde composieten en hybride materialen.

De ontwikkelde nanocomposieten vertonen uitstekend tumor-doelvermogen door het EPR-effect, waardoor zich effectief ophoopt in tumoren van muizen getransplanteerd met colorectale kanker. Bovendien behaalde bestraling met zeer bio-penetratief bijna-infrarood laserlicht multidimensionale therapeutische effecten:

1. Visualisatiediagnose: duidelijke visualisatie van kankersites door indocyaninegroen
2. Immunotherapie: krachtige immuunactivering door melkzuurbacteriecomponenten
3. Fotothermische therapie: gelokaliseerde hyperthermiebehandeling via fotothermconversie van vloeistofmetaal

Het onderzoeksteam bereikte met succes de volledige eliminatie van getransplanteerde muiskankers binnen 5 dagen door bijna 2 dagen eenmaal daags gedurende 2 dagen gedurende 5 minuten gedurende 5 minuten te doorboren. Uitgebreide biocompatibiliteitsstudies bevestigden ook het hoge veiligheidsprofiel van deze nanocomposieten.

Deze doorbraak van onderzoek zal naar verwachting leiden tot het creëren van innovatieve kankerfoto -immunotherapietechnologieën die de diagnose en behandeling integreren.

Room-temperatuur vloeibare metalen samengesteld uit gallium-indium (Ga/in) legeringen hebben uitstekende biocompatibiliteit en fysicochemische eigenschappen, die wereldwijde aandacht trekken voor biomedische toepassingen. Professor Miyako’s team heeft dit onderzoek geïnitieerd op basis van het concept dat “het combineren van immuunactiverende stoffen met vloeibare metalen voor selectieve afgifte aan kankerplaatsen krachtige antitumoreffecten zou kunnen bereiken en diagnose en behandeling kunnen integreren met behulp van bijna-infrarood licht.”

Recent onderzoek heeft aangetoond dat tumorweefsels unieke bacteriële gemeenschappen herbergen. Het team van professor Miyako is eerder geslaagd om verschillende bacteriën van tumoren te isoleren en heeft technologieën voor kankerbehandeling ontwikkeld met behulp van deze micro -organismen.

Het onderzoeksteam heeft een eenvoudige fabricagemethode opgezet voor sferische nanodeeltjes door GA/in vloeibaar metaal, melkzuurbacteriecomponenten en indocyaninegroen te mengen, gevolgd door ultrasone behandeling. De nanocomposieten die via deze methode zijn geproduceerd, toonden de volgende kenmerken aan:

• Hoge stabiliteit: de stabiliteit van de deeltjesgrootte gedurende meer dan 7 dagen behouden
• Uitstekende celcompatibiliteit: hoge membraanpermeabiliteit zonder toxiciteit
• Efficiënte fotothermische conversie: warmtegeringscapaciteit onder bijna-infrarood licht bestraling

Demonstratie van uitstekende therapeutische werkzaamheid

In evaluatie-experimenten met behulp van colorectale kanker-getransplanteerde muizen, 24 uur na toediening van de staartader van de nanocomposieten, onthulde bestraling met 740-790 nm nabij-infrarood licht duidelijke fluorescerende emissie exclusief van kankersites, die selectieve tumoraccumulatie bevestigen via het EPR-effect.

Vervolgens behaalde 808 nm nabij-infrarood licht bestraling van de opgebouwde locaties (5 minuten om de andere dag voor een totaal van 2 behandelingen) volledige kankerafwijking binnen 5 dagen door synergetische effecten van immuunactivering en fotothermische conversie.

Controle -experimentresultaten:

• Melkzuurbacteriën alleen: demonstreerde matige antitumoreffecten door immuunactivatie
• Immuun-inactieve nanodeeltjes (PEG-fosfolipidecomplex): geen significante antitumoreffecten na laserbestraling

Deze resultaten tonen duidelijk aan dat de synergetische effecten van immuunactivering door melkzuurbacteriecomponenten en fotothermische omzetting door vloeibaar metaal krachtige antitumoractiviteit produceren.

Cytotoxiciteitstesten: in muis colorectale kankercellen (colon26) en menselijke normale fibroblasten (Tig103) vertoonden de levensvatbaarheid van cellen op basis van mitochondriale activiteit 24 uur na toediening van nanocomposiet, wat de afwezigheid van cytotoxiciteit bevestigt.

Biocompatibiliteitstesten: bloedtesten (1 week) en lichaamsgewichtsmetingen (ongeveer 1 maand) na intraveneuze toediening van muizen onthulden minimale nadelige effecten op levende organismen.

Dit onderzoek toont aan dat de ontwikkelde nanocomposieten kunnen dienen als fundamentele technologie voor de diagnose van de volgende generatie kanker en immunotherapie. Verder wordt verwacht dat het bijdraagt ​​als een nieuwe technologische basis voor materiaalontwerp door interdisciplinaire integratie van nanotechnologie, optica en immunologie op brede onderzoeksgebieden.

In de toekomst wil het team toepassingen uitbreiden naar andere kankertypen en verdere validatie van veiligheid en werkzaamheid voor klinische toepassingen uit te voeren, ernaar streven om zachtere en effectievere kankerbehandelingen voor patiënten te realiseren.