新技術使用可生物降解的納米粒子關閉癌細胞的發電站
圖片來源：埃因霍溫科技大學
由 TU/e 研究人員共同設計的用于光動力療法的新型可生物降解納米顆粒進入癌細胞并“關閉”其線粒體發電站。
一種新興的納米藥物癌癥治療涉及注射攜帶可以毒害癌細胞的化合物的微小納米粒子，具有許多好處。這種所謂的光動力療法 (PDT) 是無毒的，不涉及侵入性手術。由埃因霍溫理工大學的 Jan van Hest 領導的一個團隊與來自中國和英國的研究人員合作，設計了一種新的 PDT 納米粒子，它以一種新穎的方式攻擊癌細胞：它們進入細胞并關閉它們的發電站——它們的線粒體——使治療更有效。這項新研究已發表在 Angewandte Chemie 上。
想象一個由一組發電站供電的城市。如果所有車站都因故同時關閉，將會出現全市停電。城市將陷入停滯，混亂可能隨之而來，但最重要的是，城市將無法發揮城市應有的作用。
我們身體的每一個細胞都可以看作是一座小城。細胞不是建筑物，而是含有細胞器，如細胞核和核糖體。細胞的“發電站”是線粒體，它以三磷酸腺苷 (ATP) 的形式產生燃料。如果線粒體突然關閉，那么細胞就會面臨一定的死亡——無論是健康細胞還是癌細胞。
這正是 TU/e 復雜分子系統研究所 (ICMS) 的負責人 Jan van Hest 和他的研究團隊與來自中國和英國的研究人員合作的目標，旨在開發一種新的癌癥治療方法，稱為光動力學治療（PDT）。
光動力療法
PDT 是一種無毒、無創的替代療法，可替代目前用于消除癌細胞的療法，例如化學療法、放射療法和擇期手術。對于患者來說，這些治療可能會產生許多影響他們生活質量的副作用，但幸運的是，正在開發較少磨損的選擇。
在 PDT 中，患者被注射攜帶光敏劑（一種對光有反應的材料）的微小納米顆粒。當納米顆粒聚集在癌細胞附近時，它們會被激光照射并產生一種特定形式的氧氣，這種氧氣對癌細胞有毒并最終導致它們死亡。
正如去年在ACS Nano上發表的一項研究所證明的那樣，在 TU/e，Jan van Hest 和他的研究小組在改進 PDT 方法方面取得了穩步進展。
關閉癌細胞
然而，通過設計 PDT 納米粒子進入癌細胞并破壞其供電線粒體，細胞可以迅速“斷電”，PDT 治療的有效性將大大提高。換句話說，納米粒子可以以更有針對性和更快的方式殺死癌細胞。
“這項研究的主要挑戰是弄清楚如何在癌細胞內獲取 PDT 納米粒子，并且一旦進入細胞內，將納米粒子引導至線粒體，”van Hest 說。“一旦靠近線粒體，納米粒子的光敏劑貨物可以用光激活，然后毒化線粒體的微環境并關閉細胞最重要的電源。”
熒光的重要性
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該團隊開發了一種將納米粒子制造為可生物降解的聚合物囊體的方法，即可以攜帶藥物、蛋白質或光敏劑的空球體。
然而，與以前的納米粒子不同，新版本的設計是在它們組成的構建塊組裝時發出熒光。
這種熒光過程被稱為聚集誘導發射，發射響應使得更容易跟蹤納米粒子在組織中的位置。
為了將納米顆粒快速引導至細胞內的線粒體，研究小組將吡啶鎓分子附著在納米顆粒的表面。一旦納米粒子聚集在線粒體上，它們的光敏劑貨物就可以被激光激活，并有效地毒化癌細胞中的微環境。新的研究已經成功地證明了這一過程 在體外 和 體內 實驗中的作用。
考慮未來的治療
盡管如此，van Hest 很快指出，雖然 PDT 是一種革命性的新型非侵入性治療方法，但仍然需要其他治療方法。“這項工作是開發有效 PDT 納米粒子的下一步。作為一種治療方法，它與現有療法結合使用效果最好。重要的是，它將減少對放射治療和化學療法的依賴，這只會對患者有益。”
“我們仍然需要更有選擇性和更有效的療法來治療癌癥。PDT 在靶向和消除癌細胞方面具有選擇性和準確的潛力，”van Hest 補充道。“這項研究表明，在殺死癌細胞方面，我們可以有效地設計制造高效自組裝納米粒子所需的材料。”
當然，這些發現激發了對納米粒子、它們的跟蹤和功效的進一步研究和開發。
但當談到癌細胞的線粒體或發電站時，它們的未來看起來并不光明。他們的燈可能即將熄滅。