Многофункциональные наночастицы жидкого металла для фотоиммунотерапии рака

Жидкие металлы (ЖМ), такие как чистый галлий (Ga) и сплавы на его основе, представляют собой новый класс материалов с уникальными физико-химическими свойствами. Одно из наиболее перспективных применений ЖМ — фотогеннаяльная терапия рака, при которой функциональные наночастицы ЖМ преобразуют световую энергию в тепловую, уничтожая раковые клетки.

В новом исследовании группа под руководством доцента Эйдзиро Мияко из Японского передового института науки и технологий (JAIST) синтезировала многофункциональные наночастицы на основе галлия, сочетающие фотогеннуюльную терапию с иммунотерапией. Результаты опубликованы в Advanced Functional Materials.

Синтез и свойства наночастиц

• Новая наночастица ЖМ (PEG-IMIQ-LM) содержит эвтектический сплав галлия и индия (EGaIn) и иммуномодулятор имиквимод (IMIQ), инкапсулированные в биосовместимый сурфактант DSPE-PEG₂₀₀₀-NH₂.
• Частицы были получены в вододисперсной форме с помощью простого одноэтапного ультразвукового процесса, что является прорывом, так как EGaIn по своей природе не смешивается с водой.
• Наночастицы демонстрировали линейный рост поглощения в ближней инфракрасной (БИК) области при 808 нм. При облучении БИК-лазером (808 нм) температура водного раствора частиц значительно повышалась пропорционально их концентрации, подтверждая их пригодность в качестве фототермального носителя.
• Эксперименты in vitro показали, что наночастицы ЖМ безопасны и не вызывают цитотоксичности в клетках человеческих фибробластов (MRC5) и мышиной раковой линии толстой кишки (Colon26).

Многофункциональная платформа для терапии и диагностики

• Для отслеживания частиц в них был введен флуоресцентный краситель индоцианин зеленый (ICG), получив частицы PEG–ICG–IMIQ–LM. Флуоресцентная микроскопия показала, что частицы эффективно уничтожают клетки Colon26 при облучении лазером.
• Для создания иммуностимулирующей наноплатформы (терраностики) к частицам добавили антитело против лиганда запрограммированной смерти-1 (Anti-PD-L1), один из наиболее перспективных ингибиторов иммунных контрольных точек. Модифицированные частицы Anti-PD-L1‒PEG–ICG–IMIQ–LM эффективно диспергировались и обладали значительной флуоресценцией.
• Anti-PD-L1 на поверхности частиц обеспечивает их связывание с белком PD-L1 на раковых клетках, что помечает эти клетки для поглощения макрофагами и дендритными клетками (DC).

Результаты терапии

• Частицы Anti-PD-L1–PEG–IMIQ–LM под действием лазерного излучения показали самый высокий и полный уровень удаления опухоли, а также ускоренное заживление.
• При рецидиве опухоли у мышей, получавших терапию с этими частицами и лазером, наблюдался устойчивый противоопухолевый эффект и увеличенная выживаемость.

Перспективы

По словам доктора Мияко, синергетические иммунологические эффекты и оптические нанофункции жидких металлов открывают широкие терапевтические возможности и могут способствовать созданию инновационных технологий для терапии и диагностики рака. Исследователи надеются, что эта технология будет готова для клинических испытаний в течение 10 лет.