Precisiekankerbehandeling met behulp van magneetgestuurde, warmte-geactiveerde nanodeeltjes

Traditioneel zijn bestraling, chemotherapie en chirurgie de meest voorkomende manieren geweest om kwaadaardige cellen te verwijderen en te vernietigen. Omdat deze behandelingen echter ook gezonde cellen kunnen beschadigen, hebben ze vaak aanzienlijke bijwerkingen. Tegenwoordig zijn meer precieze en gerichte therapieën opkomen, ontworpen om kankercellen aan te vallen en tegelijkertijd normale weefsels te sparen.

Professor Eijiro Miyako en zijn onderzoeksteam van het Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) pionieren dergelijke innovatieve benaderingen van de behandeling van kanker. Eerder ontwikkelde zijn team tumor-gerichte bacteriën die het immuunsysteem activeren om tumorcellen aan te vallen.

In hun studie gepubliceerd in het dagboek Kleine wetenschap Op 3 maart 2025 hebben prof. Miyako en zijn team nanodeeltjes ontwikkeld die magnetisch kunnen worden gericht op tumorcellen en vervolgens worden opgewarmd met een laser om tumorcellen te vernietigen.

Deze behandeling is gebaseerd op fotothermische therapie, waarbij fotothermische nanodeeltjes worden bevestigd – desdeeltjes die licht absorberen en deze omzetten in warmte – om kankercellen selectief te vernietigen. Bij blootstelling aan bijna-infrarood (NIR) laserlicht, genereren de nanodeeltjes warmte en vernietigen de tumor.

Het team gebruikte biocompatibele koolstof nanohorns (CNHS) als de fotothermische middelen. CNH’s zijn bolvormige op grafeen gebaseerde nanostructuren die eerder zijn gebruikt voor het leveren van geneesmiddelen en bio-imaging. Een belangrijke uitdaging bij het gebruik van CNHS is er echter voor dat de nanodeeltjes zich effectief ophopen in tumoren.

Om dit aan te pakken, heeft het team de CNHS gemodificeerd door magnetische ionische vloeistof 1-butyl-3-methylimidazolium tetrachloroferraat toe te voegen ([Bmim][FeCl₄]) naar hun oppervlak. Ionische vloeistoffen hebben antikankerigenschappen en geven magnetische eigenschappen aan de nanodeeltjes, waardoor ze kunnen worden geleid naar tumorplaatsen met behulp van een externe magneet. CNH’s zijn echter van nature onoplosbaar in water, en [Bmim][FeCl₄] is hydrofoob (waterafstotend) en vormt een uitdaging voor gebruik in het lichaam.

Om de dispergeerbaarheid van de deeltjes in het lichaam te verbeteren, voegden de onderzoekers een coating van polyethyleenglycol toe om de oplosbaarheid en dispergeerbaarheid van het deeltje te verbeteren. Ze namen ook een fluorescerende kleurstof, indocyaninegroen, op in de nanodeeltjes om te fungeren als een visuele tracker, waardoor realtime monitoring van de nanodeeltjes mogelijk was.

“De innovatieve benadering van deze studie van het ontwerp van nanocomplex stelt ons in staat om magnetische ionische vloeistoffen voor het eerst toe te passen op de behandeling van kanker”, legt professor Miyako uit. “Dit betekent een belangrijke vooruitgang, die een nieuwe weg biedt voor kanker Theranostics.”

De nanodeeltjes, slechts 120 nanometers in grootte, hadden een fotothermische conversie -efficiëntie van 63%, die veel conventionele fotothermische middelen overtreffen en waren voldoende om kankercellen te doden. In laboratoriumtests, wanneer toegevoegd aan van muis afgeleide coloncarcinoom (colon26) cellen, induceerden de nanodeeltjes effectief celdood bij blootstelling aan een 808 nm NIR-laser bij 0,7 W (~ 35,6 MW mm mm⁻²) gedurende 5 minuten.

Wanneer ze in muizen met colon26 -tumoren worden geïnjecteerd, werden de nanodeeltjes met behulp van een magneet naar de tumor geleid. Deze opgebouwde nanodeeltjes verwarmden de tumoren tot 56 ° C, een temperatuur hoog genoeg om kankercellen te vernietigen.

De resultaten waren veelbelovend: muizen behandeld met de magneetgestuurde nanodeeltjes vertoonden volledige tumor-eliminatie na zes laserbehandelingen, zonder recidief over de volgende 20 dagen. Toen de nanodeeltjes daarentegen niet werden geleid door magneten, koesteren de tumoren het herschept nadat de laserbehandeling was gestopt, wat aangeeft dat onvoldoende nanodeeltjes waren verzameld om de kankercellen volledig uit te roeien.

Deze innovatieve behandeling combineert drie krachtige mechanismen: op warmte gebaseerde vernietiging van kankercellen, het tumor-gerichte chemotherapeutische effect van de ionische vloeistof en magnetische begeleiding. Deze multimodale aanpak biedt een effectiever alternatief voor conventionele therapieën, die meestal afhankelijk zijn van een enkele werkingswijze. Bovendien benadrukt de studie het potentieel van magnetische ionische vloeistoffen bij de behandeling van kanker, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor nieuwe therapeutische strategieën.

“Deze eenvoudige maar zeer effectieve nanoplatform, die gebruik maakt van meerdere tumor-dodende mechanismen, heeft een aanzienlijk potentieel voor toekomstige klinische toepassingen bij de diagnose en behandeling van kanker”, zegt prof. Miyako. “Verdere veiligheidstests en de ontwikkeling van een efficiënt endoscopisch lasersysteem zullen echter nodig zijn voor de behandeling van diepere tumoren.”