Een groep MIPT-onderzoekers samen met hun collega's uit Moskou, Nizjni Novgorod, Australië en Nederland hebben de eerste systematische studie uitgevoerd naar de veiligheid van zogenaamde upconversion-nanodeeltjes die kunnen worden gebruikt voor de behandeling van huidkanker en andere huidziekten. Deze studie is een van de belangrijkste stappen op weg naar nieuwe, veilige en effectieve methoden om kanker te diagnosticeren en te behandelen.

Het was in 1908 dat de Duitse natuuronderzoeker en arts Paul Ehrlich op het idee kwam van een "magische kogel" - een medicijn dat alleen pathogene microben of kankercellen zou bestrijden, zonder de gezonde cellen aan te tasten. Een eeuw later, scheikundigen en artsen zijn dichter dan ooit bij het realiseren van dit idee, dankzij nanotechnologie.

Het lichaam binnenkomen, de nanodeeltjes van bepaalde stoffen kunnen zich ophopen in de tumorcellen, het "negeren" van de gezonde. Het is mogelijk om de moleculen van medicijnen of diagnostische middelen aan dergelijke nanodeeltjes te hechten om kankercellen te vinden en ze te vernietigen zonder de andere cellen in het lichaam te beschadigen.

Voor dit doeleinde, onderzoekers gebruiken nanodeeltjes van goud en ferromagnetische materialen, ze verhitten met hoogfrequente elektrische stromen zodat ze kankercellen van binnenuit doden. Een van de meest veelbelovende soorten nanodeeltjes voor het diagnosticeren en behandelen van kanker zijn zogenaamde upconversion nanodeeltjes (UCNP's). Ze zetten nabij-infrarode straling om, die diep in menselijk weefsel kunnen doordringen, in zichtbaar licht, waardoor het mogelijk wordt om kankercellen in lichaamsweefsels op te sporen, verander ze en volg de voortgang van de behandeling. UCNP's kunnen zo worden geconfigureerd dat ze met behulp van licht medicijnen afgeven.

Echter, alvorens therapeutische methoden te ontwikkelen op basis van het gebruik van nanodeeltjes, er moet worden vastgesteld of ze schade toebrengen aan gezonde cellen of niet - dat is het onderwerp van het onderzoek dat is uitgevoerd door Elena Petersen en Inna Trusova van MIPT en hun collega's uit Moskou, Nizjni Novgorod, Australië en Nederland.

"Ondanks het feit dat er een groot aantal onderzoeken is naar de cytotoxiciteit van UCNP's, ze zijn allemaal op een bepaalde manier indirect, omdat de studie van dit probleem voor hun auteurs perifeer was, " zegt Petersen, het hoofd van het Laboratorium voor Cellulaire en Moleculaire Technologieën aan het MIPT. "We hebben de eerste systematische studie gedaan naar de effecten van nanodeeltjes op cellen."

De onderzoekers bestudeerden de eigenschappen van een van de meest voorkomende soorten UCNP's, dat is afgeleid van natriumyttriumfluoride (Na[YF4]) gedoteerd met de zeldzame aardelementen erbium en ytterbium. De groep testte hoe deze nanodeeltjes worden opgenomen door fibroblasten (de cellen van menselijk bindweefsel) en keratinocyten (epidermale cellen), en bestudeerde hoe nanodeeltjes de levensvatbaarheid van cellen beïnvloeden.

De resultaten laten zien dat de cytotoxiciteit van UCNP's afhankelijk is van het celtype. Ze zijn niet toxisch voor dermale fibroblasten en enigszins toxisch voor keratinocyten. Echter, de toxiciteit voor keratinocyten hangt af van de concentratie van de nanodeeltjes, wat betekent dat deze cellen kunnen worden gebruikt als een biologische indicator voor het evalueren van de veiligheid van verschillende soorten UCNP's.

Naast de "naakte" nanodeeltjes, daar testten onderzoekers verschillende modificaties van met polymeer beklede nanodeeltjes. In deze gevallen, het verschil tussen de respons van fibroblasten en keratinocyten was zelfs nog groter, bijvoorbeeld de met polyethyleenimine gecoate deeltjes interfereerden met het intracellulaire metabolisme van de keratinocyten, maar had geen effect op de fibroblasten. De groep identificeerde de soorten polymeercoating die de nanodeeltjes zo veilig mogelijk maakten.

"Deze studie is een belangrijke stap in de richting van het gebruik van UCNP's voor de diagnose en behandeling van huidkanker en andere huidziekten, " zegt Petersen. Volgens haar, er zijn al studies naar het gebruik van nanodeeltjes voor de behandeling van huidziekten, maar om ze op grote schaal te gebruiken, het is noodzakelijk om te bewijzen dat ze veilig en efficiënt zijn.