Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Nanocząstki złota w terapii fototermicznej
Według danych Światowej Organizacji Zdrowia, co roku wykrywa się nowotwory u ok. 14 mln osób. Równocześnie odnotowuje się ok. 8 mln zgonów. Sukcesy w walce z tą chorobą w dużej mierze zależą od postępu, jaki dokonuje się w opracowywaniu skutecznych terapii. Zespoły badawcze na całym świecie pracują nad ulepszaniem obecnych i rozwijaniem nowych metod leczenia. Jedną z nich jest terapia fototermiczna (ang. PTT – photothermal therapy) wykorzystująca zjawisko hipertermii.

 

Zacznijmy od tego, co kryje się pod nazwą hipertermia. To nic innego jak trwające kilka minut podniesienie temperatury tkanki do zakresu 41-47°C. Co ciekawe metoda bazująca na działaniu ciepła była już wykorzystywana ok. 1700 r. p.n.e., kiedy to stosowano rozgrzane narzędzia w przypadku wykrycia guzów piersi. Upośledzony mechanizm termoregulacji komórek nowotworowych powoduje, że nie radzą sobie one z podwyższoną temperaturą. W wyniku hipertermii dochodzi do „rozluźnienia” ich błony komórkowej i denaturacji białek. Co istotne w tych warunkach niezmienione patologicznie, zdrowe komórki pozostają odporne na ciepło.


Dlaczego nanocząstki?
Terapia fototermiczna opiera się na wykorzystaniu związków – czynników fototermicznych i jedynie lokalnego podgrzania tkanki. W jaki sposób dochodzi do lokalnego wytworzenia ciepła? Czynnik fototermiczny absorbuje działające nań światło lasera, w wyniku czego dochodzi do wzbudzenia jego elektronów i ich przejścia ze stanu podstawowego na wyższy poziom. Dostarczoną w ten sposób energię oddaje, ale nie na drodze emisji fotonu, ale właśnie w postaci ciepła. Do czynników fototermicznych należą np. naturalne chromofory, takie jak melanina, jednakże charakteryzują się one zbyt niską zdolnością absorpcji światła. Wadą konwencjonalnych syntetycznych czynników, takich jak zieleń indocyjaninowa, jest mało efektywna konwersja zaabsorbowanej energii w ciepło.


Nowa idea opiera się na zastosowaniu w terapii PTT nanocząstek złota. Jak wiadomo, ograniczenie rozmiarów cząstek różnych materiałów do zakresu nano prowadzi do uzyskania zupełnie nowych właściwości. W przypadku złota jedną z nich jest pojawienie się bardzo dużej zdolności do absorpcji światła lasera (o odpowiednio dobranej długości). W porównaniu do wspomnianych wcześniej konwencjonalnych związków fototermicznych, nanocząstki złota charakteryzują się ok. 4 rzędy wielkości większym przekrojem czynnym na absorpcję, co wiąże się z dużo większym oddawaniem ciepła do otoczenia. Dzięki nanocząstkom złota, terapia fototermiczna może stać się dużo bardziej efektywna. Równocześnie możliwe jest ograniczenie stosowanej energii lasera, dzięki czemu leczenie ma szansę być mniej inwazyjne dla organizmu.


LSPR, czyli zlokalizowany rezonans plazmonowy
Chcąc zrozumieć, co odpowiada za niezwykle dużą zdolność nanocząstek złota do absorpcji światła, należy odwołać się do pojęcia „zlokalizowanego rezonansu plazmonowego” (ang. LSPR – localized surface plazmon resonance). Spróbujmy wyjaśnić, co kryje się pod tą skomplikowanie brzmiącą nazwą. Złoto, tak jak i inne metale, posiada chmurę swobodnych elektronów. W przypadku cząstek o wymiarach nano, działanie fali elektromagnetycznej może doprowadzić do oscylacji gęstości tej chmury. Chmura elektronów charakteryzuje się pewną własną częstotliwością owych drgań, a dopasowanie do niej częstotliwości (a więc długości) padającego światła powoduje wystąpienie zjawiska rezonansu. W trakcie działania na nanocząstki tej szczególnej długości światła będzie dochodziło do nieporównywalnie większej absorpcji światła w porównaniu do innych długości fal.
Tutaj należy zaznaczyć, że wartość opisanej wyżej częstotliwości plazmonowej silnie zależy od materiału, wymiarów i kształtu nanocząstki. Zjawisko rezonansu LSPR wykazują też np. nanocząstki srebra. Dlaczego więc badania w przypadku terapii PTT skupiają się na nanocząstkach złota? Kluczem jest fakt, że największa absorpcja nanocząstek złota mieści się w zakresie tzw. okna biologicznego: 750-1100 nm. To właśnie w tym obszarze energia lasera jest słabo pochłaniana przez wodę oraz hemoglobinę i może równocześnie dotrzeć do nanocząstek umieszczonych w organizmie.


Selektywne działanie
Aby lokalne podgrzanie otoczenia przez nanocząstki złota miało jakikolwiek sens, cząsteczka musi się znaleźć w konkretnym, zmienionym nowotworowo miejscu. W jaki sposób można to zrealizować? Jedną z dróg jest wykorzystanie zwiększonej przepuszczalności naczyń krwionośnych w obrębie zmian nowotworowych. Nanocząstki złota pokrywa się wówczas biozgodnym poli(glikolem etylenowym) (PEG). Tak sfunkcjonalizowane nanocząstki „omijają” zdrowe tkanki i akumulują się w obrębie zmian chorobowych. Drugie podejście to tzw. aktywna terapia celowana, wykorzystująca zasadę antygen-przeciwciało. Polega ona na przyłączeniu do nanocząstek odpowiednich przeciwciał, które to będą potrafiły rozpoznać komórkę nowotworową. Przykładowo, dla komórek raka szyjki macicy są to przeciwciała anty-EGFR.


Zagrożenia
Wprowadzenie do organizmu nanocząstek budzi szereg wątpliwości. W przypadku nanocząstek złota nieustannie prowadzi się badania nad ich cytotoksycznością. Uzyskane przez różne zespoły wyniki często wskazują na wyższą cytotoksyczność bardzo małych nanocząstek złota, rzędu 1 nm oraz tych, które są naładowane dodatnio. Inną kwestią są też stosowane na powierzchni nanocząstek otoczki stabilizacyjne, mogące wykazywać działanie toksyczne w stosunku do zdrowych komórek. Pomimo pojawiających się znaków zapytania, nanocząstki złota niewątpliwie wykazują duży potencjał i są nadzieją dla rozwoju celowanej terapii przeciwnowotworowej.

 

 

KOMENTARZE
news

<Kwiecień 2017>

pnwtśrczptsbnd
28
29
Targi EuroLab
2017-03-29 do 2017-03-31
Dobra Praktyka Pipetowania
2017-03-29 do 2017-03-29
2
5
6
VI Konferencja Biologii Molekularnej
2017-04-06 do 2017-04-08
8
Wprowadzenie do analizy danych RNA-Seq
2017-04-08 do 2017-04-09
9
10
12
V DISTRIBUTION & LOGISTICS FOR PHARMA
2017-04-12 do 2017-04-13
13
14
15
16
17
18
19
20
21
23
VI EDUKACYJNY KONGRES KOSMETYCZNY
2017-04-23 do 2017-04-23
24
28
29
30
Newsletter