Natuurkundigen van de Universiteit van Texas in Arlington hebben aangetoond dat het gebruik van microgolven om lichtgevoelige nanodeeltjes te activeren weefselverwarmende effecten veroorzaakt die uiteindelijk leiden tot celdood in solide tumoren.

"Onze nieuwe methode die microgolven gebruikt, kan zich door alle soorten weefsels voortplanten en zich richten op diep gelegen tumoren, " zei Wei Chen, UTA-hoogleraar natuurkunde en hoofdauteur van de studie die deze maand in he Tijdschrift voor biomedische nanotechnologie getiteld "Een nieuwe modaliteit van kankerbehandeling - door nanodeeltjes gemedieerde microgolf-geïnduceerde fotodynamische therapie."

Fotodynamische therapie doodt kankercellen wanneer een nanodeeltje dat in tumorweefsel wordt ingebracht, na blootstelling aan licht giftige singlet-zuurstof genereert. Singlet-zuurstof is een zeer reactief type zuurstof dat de mitochondriën in de cel onomkeerbaar beschadigt en uiteindelijk celdood veroorzaakt.

"Tot nu toe, fotodynamische therapie, die afhankelijk is van zichtbare, ultraviolet of nabij infrarood licht, werd als effectief beschouwd voor huidkanker of kanker dicht bij het huidoppervlak, " zei Chen. "Ons nieuwe concept dat microgolven combineert met fotodynamische therapie opent nieuwe wegen voor het richten van diepere tumoren en is al effectief gebleken in het snel en veilig verminderen van de tumorgrootte."

In eerdere onderzoeken, hadden de onderzoekers een nieuw type nanodeeltje ontdekt, koper-cysteamine of Cu-Cy, die door röntgenstralen kunnen worden geactiveerd om singlet-zuurstof te produceren en de groei van tumoren te vertragen. Röntgenstraling, echter, vormt aanzienlijke risico's voor patiënten en kan schadelijk zijn voor gezond weefsel.

In deze nieuwe laboratoriumstudie het team toonde aan dat het nanodeeltje Cu-Cy ook kan worden geactiveerd door microgolven, die direct op de tumor zelf kan worden gericht zonder het omliggende weefsel te beschadigen.

"Onze nieuwe microgolf-geïnduceerde fotodynamische therapie biedt tal van voordelen, de belangrijkste daarvan is meer veiligheid, Chen zei. "Ons nanodeeltje Cu-Cy vertoont ook een zeer lage toxiciteit, is gemakkelijk te maken en niet duur, en straalt ook intense luminescentie uit, wat betekent dat het ook als beeldvormend middel kan worden gebruikt."

De onderzoekers toonden aan dat zowel in vitro als in vivo studies op een osteosarcoomcellijn significante celvernietiging vertoonden met behulp van kopercysteamine-nanodeeltjes onder microgolfactivering. De verhittingseffecten en het vrijkomen van koperionen uit kopercysteamine na activering was het belangrijkste mechanisme voor het genereren van de reactieve zuurstof die nodig is voor de vernietiging van kankercellen.

Chen werd bij dit onderzoek vergezeld door Lun Ma, een UTA wetenschappelijk medewerker natuurkunde, evenals Mengyu Yao, Lihua Li en Yu Zhang van het Guangdong Key Laboratory of Orthopedic Technology and Implant Materials in Guangzhou, China, en Junying Zhang van de afdeling Natuurkunde aan de Beihang Universiteit in Peking, China. De acquisitieactiviteit voor medisch onderzoek van het Amerikaanse leger, de National Science Foundation en het gezamenlijke Academic Research Initiative-programma van het Department of Homeland Security, het nationale basisonderzoeksprogramma van China, de National Natural Science Foundation of China en het vijfjarenplan van het Chinese leger, allen steunden dit onderzoek.

"Deze nieuwe uitvinding is grotendeels gebaseerd op de nieuwe fotosensitizer kopercysteamine die we hebben uitgevonden en gepatenteerd, en ik wil al onze teamleden bedanken, in het bijzonder Dr. Lun Ma, voor de tijd en energie die aan dit project is besteed, ' zei Chen.

Alex Weiss, UTA voorzitter van de afdeling Natuurkunde, benadrukte het belang van dit onderzoek in de context van UTA's toenemende focus op gezondheid en de menselijke conditie binnen het Strategisch Plan 2020:Bold Solutions|Global Impact.

"Dr. Chen's onderzoek naar de activering van nanodeeltjes heeft geleid tot belangrijke ontdekkingen die mogelijk de behandeling van kanker kunnen transformeren, "Weiss. "Dit nieuwe artikel over de mogelijkheden van microgolfactivering laat opnieuw zien hoe Dr. Chens zoektocht naar nieuwe therapievormen een sleutelrol zou kunnen spelen bij het vinden van veilige, levensvatbare en goedkope behandelingen voor kanker."