Stervormige nanodeeltjes kunnen kanker helpen bestrijden

Grafisch abstract. Credit: ACS Toegepaste Materialen & Interfaces (2022). DOI: 10.1021/acsami.2c04865

Samen met collega’s heeft een groep wetenschappers van de Immanuel Kant Baltic Federal University nanostructuren van goud en ijzeroxiden gesynthetiseerd die verbeterde magnetische en optische eigenschappen hebben vanwege hun unieke stervorm. De verkregen deeltjes zijn veilig voor gezonde menselijke cellen en kunnen worden gebruikt bij tumortherapie. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift ACS toegepaste materialen en interfaces.

Nanoheterostructuren zijn objecten op nanoschaal die verschillende functionele verbindingen bevatten met verschillende fysische en chemische eigenschappen, bijvoorbeeld van metaal en metaaloxide. De onderlinge locatie van de componenten van een dergelijke structuur bepaalt de magnetische en optische eigenschappen ervan. Magnetische eigenschappen helpen de activiteit van de nanostructuren in het lichaam te beheersen door gebruik te maken van een extern magnetisch veld. Het toepassen van een laagfrequent magnetisch veld nee, dit proces kan de vernietiging van kankercellen veroorzaken.

De optische eigenschappen helpen bij het visualiseren, dat wil zeggen, het volgen van deeltjes in het menselijk lichaam. Het kan worden gebruikt voor fotothermische therapie, waarbij de cellen worden verwarmd en vernietigd door het licht van een bepaalde golflengte. Deze functies kunnen samen worden gebruikt om kankercellen effectiever te vernietigen.

Samen met internationale collega’s hebben wetenschappers van het Wetenschappelijk en Educatief Centrum “Smart Materials and Biomedical Applications” (gebaseerd op Immanuel Kant Baltic Federal University, Kaliningrad), nanostructuren gesynthetiseerd die goud- en ijzeroxiden bevatten, die kunnen worden gebruikt bij fotothermische en magneto-mechanische kanker therapie.

Onderzoekers bestudeerden de structuur van de resulterende deeltjes. De laatste waren stervormig en hadden een kern van goud, omgeven door een ijzeroxide omhulsel. De wetenschappers bewezen dat de vorm en optische respons van de deeltjes uitstekend geschikt waren voor gecombineerde kankertherapie.

Bovendien hebben de wetenschappers getest hoe de deeltjes borstkankercellen en celcultuur beïnvloeden, bloedvatwanden worden normaal gevormd. De cellen werden vooraf geïncubeerd in een kweekmedium met vooraf bepaalde concentraties nanodeeltjes.

Het bleek dat de nanodeeltjes een goede biocompatibiliteit hadden – ze hadden een lage toxiciteit en hadden geen invloed op de levensvatbaarheid van gezonde cellen. Tegelijkertijd werd de levensvatbaarheid van kankercellen met nanostructuren verminderd met 65% onder invloed van een variabel magnetisch veld van lage frequentie. Bij blootstelling aan licht werd de levensvatbaarheid van kankercellen met 45% verminderd door de lokale verwarming van de nanodeeltjes. De effectiviteit van de aanpak werd ook bevestigd door morfologische veranderingen in kankercellen, waaronder hun “krimp” na wisselend magnetisch veld of lichttherapie.

“Het doel van deze studie was het ontwikkelen en testen van multifunctionele nanodeeltjes met speciale magnetische en optische eigenschappen. In de biogeneeskunde zijn dergelijke nanodeeltjes een veelbelovend materiaal voor de behandeling van kanker. Daarom toonden we in dit artikel niet alleen de gedetailleerde karakterisering van de fysisch-chemische eigenschappen van de verkregen monsters. We hebben ook de resultaten van cytotoxiciteit toegevoegd na toepassing van verschillende externe stimuli (optische straling en magnetisch veld), en hebben de effectiviteit van beide benaderingen aangetoond”, zegt Alexander Omelyanchik, een onderzoeker bij het Wetenschappelijk en Educatief Centrum “Smart Materials and Biomedical Applications” (gebaseerd op Immanuel Kant Baltic Federal University, Kaliningrad).