Настройка света для уничтожения глубоких раковых опухолей
Международная группа учёных под руководством доктора философии Ганга Хана из Медицинской школы Университета Массачусетса объединила новый тип наночастиц с одобренной FDA фотодинамической терапией (PDT). Это позволило эффективно уничтожать глубоко расположенные раковые клетки in vivo с минимальным повреждением окружающих тканей и меньшими побочными эффектами по сравнению с химиотерапией. Новая стратегия может расширить применение PDT для доступа к глубоким опухолям.
«Мы очень воодушевлены потенциалом для клинической практики, используя наши наночастицы с усиленным красным излучением в сочетании с одобренной FDA фотодинамической терапией», — сказал ведущий автор исследования Ганг Хан.
В PDT пациенту вводят нетоксичный светочувствительный препарат, который поглощается всеми клетками, включая раковые. Затем на область опухоли направляют красный лазерный свет, настроенный на молекулы препарата. При взаимодействии света с фотосенсибилизирующим препаратом образуется высокореактивная форма кислорода (синглетный кислород), которая убивает злокачественные клетки.
Однако из-за ограниченной способности красного света проникать в ткани, современная PDT применяется только для лечения рака кожи или поверхностных поражений.
В исследовании, опубликованном в журнале ACS Nano, описывается новая стратегия с использованием апконвертирующих наночастиц (UCNPs) размером в миллиардную долю метра. Эти наночастицы вводятся вместе с препаратом и преобразуют глубоко проникающий ближний инфракрасный свет (980 нм) в видимый красный свет, необходимый для активации препарата в PDT.
Для этого учёные модифицировали UCNPs, чтобы усилить их излучение в красной части спектра. Они покрыли наночастицы фторидом кальция (CaF2) и увеличили их легирование иттербием (Yb).
В экспериментах исследователи использовали недорогой одобренный FDA фотосенсибилизатор аминолевулиновую кислоту в комбинации с разработанными UCNPs. При облучении опухоли ближним инфракрасным светом наночастицы успешно преобразовали его в красный свет и активировали препарат на большей глубине, чем это возможно современными методами PDT. Тесты in vitro и на животных моделях показали улучшенное уничтожение опухоли при более низкой мощности лазера.
«Эта терапия имеет большой потенциал в качестве неинвазивного метода для лечения злокачественных опухолей глубиной более 1 см — например, рака молочной железы, лёгких или толстой кишки — без побочных эффектов химиотерапии», — отметил профессор Йонг Чжан, не участвовавший в исследовании.
По словам Ганга Хана, этот подход открывает новые возможности для использования наночастиц с усиленным красным излучением и в других фотонных и биофотонных приложениях.