NUS-chemici hebben ontdekt dat gouden nanodeeltjesclusters kunnen worden gebruikt in fotothermische therapie voor beeldvorming en behandeling van menselijke prostaatkanker.

Fotothermische therapie is een nieuwe behandelmethode voor kankerpatiënten die minimaal invasief is en gericht kan worden op een specifieke regio in het lichaam. Het gebruikt een fotothermisch middel om lichtstralingsenergie te absorberen en om te zetten in warmte om de kankercellen te doden. Gouden nanodeeltjes zijn uitstekende fotothermische middelen vanwege hun unieke fysisch-chemische eigenschappen en hoge efficiëntie van foton-naar-warmte-omzetting (> 99%). Echter, ze hebben een slechte lichtabsorptie in het nabij-infrarood (NIR) gebied waar de doorlaatbaarheid van het weefsel optimaal is. Daarom, er moet een sterkere NIR-lichtbron worden gebruikt, die onbedoelde nevenschade kunnen veroorzaken aan de omliggende gebieden.

In samenwerking met Prof Matthew LANG van de Vanderbilt University, het onderzoeksteam onder leiding van Prof XU Qing-Hua van de afdeling Chemie, NUS ontdekte dat gouden nanosferen (70 nm in diameter) verbeterde absorptie en fotothermische reacties in het NIR-gebied vertonen wanneer ze aggregeren om clusters te vormen. Van discrete gouden nanobolletjes is bekend dat ze slechte nabij-infraroodlichtabsorbeerders zijn, maar hun absorptievermogen kan tot 25 keer worden vergroot wanneer ze clusters vormen. De verbeterde absorptie is te wijten aan een effect dat bekend staat als: plasmonkoppeling , die optreedt wanneer de scheiding tussen twee deeltjes kleiner is dan hun individuele grootte.

Op basis van hun bevindingen, de onderzoekers hebben fotothermische beeldvorming en therapie op menselijke prostaatkankercellen in een laboratoriumomgeving gedemonstreerd. Ze ontwierpen en bouwden een fotothermisch beeldvormingssysteem dat bestaat uit twee strak gefocusseerde collineaire continue-golf NIR-lasers:één straal bij 750 nm fungeert als de verwarmingsstraal, en een andere bundel bij 850 nm detecteert de thermisch geïnduceerde verandering in de brekingsindex. Gouden nanobolletjes die zijn gemodificeerd met aptameren (oligonucleotide- of peptidemoleculen die binden aan een specifiek doelmolecuul) worden selectief gehecht aan het membraan van de menselijke prostaatkankercellen om clusters te vormen. Hierdoor kunnen de kankercellen selectief worden gedetecteerd met behulp van het systeem en met hoge nauwkeurigheid worden beschadigd.

Prof Xu zei, "Vooruit gaan, het team is van plan zich te concentreren op het verbeteren van de detectie van fotothermische respons door het gebruik van foto-akoestische signalen. Dit zal een gevoeligere detectie in diepere weefsels mogelijk maken."