Een internationale groep wetenschappers onder leiding van Gang Han, doctoraat, aan de medische faculteit van de Universiteit van Massachusetts, heeft een nieuw type nanodeeltje gecombineerd met een door de FDA goedgekeurde fotodynamische therapie om diepliggende kankercellen in vivo effectief te doden met minimale schade aan het omringende weefsel en minder bijwerkingen dan chemotherapie. Deze veelbelovende nieuwe behandelingsstrategie zou het huidige gebruik van fotodynamische therapieën kunnen uitbreiden om toegang te krijgen tot diepliggende kankertumoren.

"We zijn erg enthousiast over het potentieel voor klinische praktijk met behulp van onze verbeterde rode-emissie-nanodeeltjes in combinatie met door de FDA goedgekeurde fotodynamische medicamenteuze therapie om kwaadaardige cellen in diepere tumoren te doden, " zei Dr. Han, hoofdauteur van de studie en assistent-professor biochemie en moleculaire farmacologie aan de UMMS. "We hebben dit kunnen doen met biocompatibele low-power, diep weefsel doordringend 980 nm nabij-infrarood licht."

Bij fotodynamische therapie, ook bekend als PDT, de patiënt krijgt een niet-toxisch lichtgevoelig medicijn, die door alle lichaamscellen wordt opgenomen, inclusief de kankerachtige. Rode laserlichten die specifiek op de medicijnmoleculen zijn afgestemd, worden vervolgens selectief op het tumorgebied gericht. Wanneer het rode licht interageert met het lichtgevoelige medicijn, het produceert een zeer reactieve vorm van zuurstof (singlet-zuurstof) die de kwaadaardige kankercellen doodt terwijl de meeste aangrenzende cellen ongedeerd blijven.

Vanwege het beperkte vermogen van het rode licht om weefsel binnen te dringen, echter, huidige fotodynamische therapieën worden alleen gebruikt voor huidkanker of laesies in zeer ondiep weefsel. Het vermogen om dieper gelegen kankercellen te bereiken, zou het gebruik van fotodynamische therapieën kunnen uitbreiden.

In onderzoek dat online is gepubliceerd door het tijdschrift ACS Nano van de American Chemical Society, Han en collega's beschrijven een nieuwe strategie die gebruik maakt van een nieuwe klasse van upconverting nanodeeltjes (UCNP's), een miljardste van een meter groot, die als een soort relaisstation kan fungeren. Deze UCNP's worden samen met het fotodynamische medicijn toegediend en zetten diep doordringend nabij-infrarood licht om in het zichtbare rode licht dat nodig is bij fotodynamische therapieën om het kankerdodende medicijn te activeren.

Om deze lichtconversie te bereiken, Han en collega's hebben een UCNP ontwikkeld om betere emissies in het rode deel van het spectrum te hebben door de nanodeeltjes te coaten met calciumfluoride en de dotering van de nanodeeltjes met ytterbium te verhogen.

In hun experimenten, de onderzoekers gebruikten de goedkope, Door de FDA goedgekeurde fotosensitizer-medicijn aminolevulinezuur en gecombineerd met de UCNP's met verhoogde rode-emissie die ze hadden ontwikkeld. Nabij-infrarood licht werd vervolgens op de tumorlocatie ingeschakeld. Han en collega's toonden aan dat de UCNP's met succes het nabij-infraroodlicht in rood licht hebben omgezet en het fotodynamische medicijn activeerden op niveaus die dieper zijn dan momenteel kan worden bereikt met fotodynamische therapiemethoden. Uitgevoerd in zowel in vitro als met diermodellen, de combinatietherapie toonde een verbeterde vernietiging van de kankergezwel met een lager laservermogen.

Yong Zhang, doctoraat, voorzitter professor van de National University of Singapore en een leider in de ontwikkeling en toepassing van upconversion nanodeeltjes, die niet bij het onderzoek betrokken was, zei dat door met succes versterkte rode emissies in deze nanodeeltjes te ontwikkelen, het onderzoeksteam heeft de diepste fotodynamische therapie ooit gecreëerd met behulp van een door de FDA goedgekeurd medicijn.

"Deze therapie is veelbelovend als niet-invasieve moordenaar voor kwaadaardige tumoren die dieper zijn dan 1 cm - borstkanker, longkanker, en darmkanker, bijvoorbeeld - zonder de bijwerkingen van chemotherapie, ' zei Zhang.

Han zei, "Deze aanpak is een opwindende nieuwe ontwikkeling voor de behandeling van kanker die zowel effectief als niet-toxisch is, en het opent ook nieuwe mogelijkheden voor het gebruik van de verhoogde rode-emissie nanodeeltjes in andere fotonische en biofotonische toepassingen."