Подход включает наночастицы золота, привязанные к кислотно-ищущим соединениям, называемым pHLIP. PHLIP (пептиды с низким уровнем вставки pH) сосредоточены на высокой кислотности злокачественных клеток, доставляя своих пассажиров из наночастиц прямо к порогу клеток. Затем наночастицы действуют как крошечные антенны, фокусируя энергию излучения в области непосредственно вокруг раковых клеток.В статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследовательская группа показывает, что этот подход существенно увеличивает способность радиации убивать рак при лабораторных испытаниях.
«Это исследование было хорошим подтверждением концепции», — сказал Майкл Антош, доцент (исследования) Института мозга и нейронных систем Брауна и ведущий автор статьи. «Нас обнадеживают наши первоначальные результаты, и мы рады сделать следующий шаг и протестировать это на мышах».Команда надеется, что этот подход может в конечном итоге улучшить лучевое лечение онкологических больных. Повышая эффективность данной дозы радиации в отношении рака, этот метод может снизить общую дозу облучения, требуемую пациенту, что, в свою очередь, уменьшит побочные эффекты. Это также могло бы повысить эффективность радиации в применяемых в настоящее время дозах.
Специальная доставкаЭто исследование является продолжением работы, начатой Яной Решетняк и Олегом Андреевым, профессорами отделения биологической и медицинской физики URI, и профессором Дональдом Энгельманом из Йельского университета, изобретателями технологии pHLIP.
Команда URI / Йельского университета ранее разработала pHLIP в качестве потенциальной системы доставки противораковых лекарств и диагностических агентов. Раковые клетки, как правило, более кислые, чем здоровые клетки, а pHLIP являются естественными искателями кислоты.«Ранее мы продемонстрировали, что частицы pHLIP-нанозолота могут обнаруживаться и накапливаться в опухолях, образовавшихся у мышей», — сказал Решетняк. «Теперь наша задача — проверить, можем ли мы лечить рак, облучая опухоли частицами нанозолота более эффективно по сравнению с традиционным лучевым лечением».Как теоретические, так и экспериментальные работы показали, что наночастицы золота могут усиливать действие излучения.
Частицы поглощают до 100 раз больше излучения, чем ткань. Излучение заставляет частицы выпускать поток электронов в область вокруг них. Если бы частицы находились в непосредственной близости от раковых клеток, этот поток электронов нанес бы ущерб этим клеткам.«Идея заключалась в том, чтобы объединить все это вместе, объединив наночастицы с системой доставки и затем облучив их, чтобы увидеть, имеет ли это желаемый эффект», — сказал Леон Купер, профессор науки Томаса Дж.
Уотсона-старший из Брауна и один из них. соавторов исследования. Купер, получивший в 1972 году Нобелевскую премию за объяснение поведения электронов в сверхпроводниках, последние несколько лет работал над тем, чтобы лучше понять биологические реакции на излучение.Эффект ОжеЗолото — особенно хороший выбор для усиления излучения.
Когда на вещество попадает излучение определенной энергии, электроны высвобождаются в результате процесса, известного как фотоэлектрический эффект. Но у золота есть дополнительный источник электронной эмиссии, известный как эффект Оже, который возникает из-за особого расположения электронов, вращающихся вокруг атомов золота. Исследователи работали над максимизацией эффекта оже-электронов. По словам Купера, для разработки количественных деталей процесса потребовались сложные расчеты и моделирование.
Оже-электроны имеют низкую энергию и перемещаются на очень короткие расстояния. Фактически, их расстояние перемещения настолько мало, что электроны не могут покинуть наночастицу, если частица слишком велика.
Поэтому исследователи должны были убедиться, что их частицы достаточно малы, чтобы испускать эти электроны. Короткое расстояние перемещения также означает, что частицы должны быть доставлены в непосредственной близости от раковых клеток, чтобы нанести ущерб, отсюда и необходимость в pHLIP.Эксперименты показали, что раковые клетки, облученные в присутствии золота, доставленного pHLIP, имели на 24% меньшую выживаемость по сравнению с клетками, обработанными только радиацией. Образцы pHLIP имели на 21% меньшую выживаемость по сравнению с облучением только золотом, но без pHLIP.
Это говорит о том, что pHLIP были эффективны в доставке золота достаточно близко к клеткам, чтобы нанести ущерб.Следующим шагом, по словам исследователей, будет тестирование подхода на модели грызунов, что команда планирует сделать в ближайшее время.
«Эта работа — отличный пример успешного сотрудничества между Брауном и URI», — сказал Андреев. «Мы надеемся, что результаты этого исследования приведут к клиническому применению нанотехнологий на основе pHLIP».