(Phys.org) - Opwinding over het potentieel voor gerichte nanodeeltjes (NP's) die kunnen worden gecontroleerd door prikkels buiten het lichaam voor kankertherapie is de afgelopen jaren toegenomen. Specifieker, er is veel aandacht geweest voor nabij-infrarood (NIR) licht als ideale methode om nanodeeltjes van buiten het lichaam te stimuleren. NIR wordt minimaal geabsorbeerd door huid en weefsel, heeft het vermogen om op een niet-invasieve manier diep weefsel binnen te dringen en de energie van NIR-licht kan worden omgezet in warmte door gouden nanomaterialen voor effectieve thermische ablatie van ziek weefsel.

In nieuw onderzoek van Brigham and Women's Hospital (BWH), onderzoekers beschrijven het ontwerp en de effectiviteit van een eerste in zijn soort, zelf gemonteerd, multifunctioneel, NIR-responsieve gouden nanostaafjes die een chemotherapiemedicijn kunnen afleveren dat specifiek gericht is op kankercellen en het medicijn selectief afgeven in reactie op een externe lichtstraal, terwijl ze warmte creëren voor synergetische thermo-chemo-gemedieerde antitumorwerking. De studie wordt elektronisch gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie .

"Het ontwerp van deze gouden nanostaaf en zijn zelfassemblage is geïnspireerd door de natuur en het vermogen van complementaire DNA-strengen om op zichzelf te hybridiseren zonder ingewikkelde chemische processen op te leggen, " legde Omid Farokhzad uit, MD, een anesthesist en directeur van het Laboratorium voor Nanogeneeskunde en Biomaterialen bij BWH, en senior auteur van deze studie. "Elke gefunctionaliseerde DNA-streng afzonderlijk, en de zelf samengestelde componenten als een systeem, spelen een duidelijke maar integrerende rol die resulteert in synergetische gerichte en getriggerde thermochemotherapie die tumoren kan uitroeien in onze preklinische modellen."

Eén DNA-streng is bevestigd aan de gouden nanostaaf en de complementaire streng is bevestigd aan een stealth-laag en een homing-molecuul dat het systeem onder de radar van het immuunsysteem houdt en het rechtstreeks op kankercellen richt. Als de DNA-strengen samenkomen, de beoogde gouden nanostaaf wordt gevormd en het dubbelstrengs DNA dient als de steiger voor het binden van het chemotherapiemedicijn, doxorubicine, die kan worden vrijgegeven als reactie op NIR-licht dat tegelijkertijd resulteert in het genereren van warmte door de gouden nanostaafjes.

"Dit nieuwe platform bestaat uit drie verschillende functionele componenten en elk speelt een rol bij het bijdragen aan de drievoudige kracht van getriggerde thermotherapie, gecontroleerde doxorubicine-afgifte, en kankerceltargeting, " legde Zeyu Xiao uit, doctoraat, een postdoctoraal onderzoeker bij BWH en hoofdauteur van deze studie.

Om het robuuste vermogen van dit nanorod-systeem te demonstreren, Farokhzad en collega's gebruikten een preklinisch model om de in vivo anti-tumor werkzaamheid te evalueren in twee verschillende tumormodellen en vier verschillende groepen met verschillende medicijnregimenten, elke groep varieert in gewicht en tumorgrootte. Onderzoekers toegediend een injectie van de roman, zelf-geassembleerd nanodeeltje en dan 10 minuten na injectie, de tumoren werden bestraald met NIR-licht dat het nanodeeltje activeerde met behulp van de gouden nanostaaf en warmte creëerde. De resultaten toonden aan dat dit platform met succes warmte- en antikankergeneesmiddelen afleverde en tumoren synergetisch uitroeide.

"Thermische ablatie wordt al veel gebruikt bij de behandeling van kanker, " zei Dr. Farokhzad. "Wat buitengewoon opwindend is aan dit platform, is dat we in staat zijn om kankercellen selectief te targeten en vervolgens de tumor twee keer te raken:eerst met een gecontroleerde afgifte van een chemotherapiemedicijn en vervolgens met getriggerde inductie van warmte uit de activering van de gouden nanostaaf. En dit alles kan niet-invasief worden gedaan."

Onderzoekers erkennen dat er meer onderzoek nodig is in andere preklinische modellen voordat de veiligheid en werkzaamheid van dit platform in klinische proeven bij mensen worden getest.