+86-757-8128-5193

Utställning

Hem > Utställning > Innehåll

De biologiska mekanismerna av guld nanopartikel radiosensibilisering

Under de senaste åren har det ökat intresse för nanomedicin, ett tvärvetenskapligt område som syftar till att använda olika nanomaterial för att hantera en rad biomedicinska tillämpningar och medicinska sjukdomar.

En sådan applikation är produktionen av radiosensibiliserare för cancerbehandlingar, med guld nanopartiklar (BNP) som leder vägen. Men med att människokroppen är så komplex som den har GNP-radiosensibilisatorer inte riktigt slagit de höjder som ursprungligen förväntades, och har ännu inte gjort det till kliniken. Detta trots trovärdiga prekliniska in vitro- och in vivo- bevis.

Ett team av irländska forskare har publicerat ett granskningsdokument i de underliggande biologiska mekanismerna för BNP-radiosensibilisatorer och hur hindren för kliniska prövningar kan brytas ner.

Strålning är en vanlig form av cancerbehandling, men toxicitetsnivåerna i samband med behandlingarna begränsar dosen. Det har gjorts mycket forskning för att sensibilisera cancervävnaden till strålningen, samtidigt som de omgivande friska cellerna lämnas ensamma.

Ett sådant sätt är genom terapeutiska förhållanden som introducerar ett material med ett högt atomnummer till målcellerna. Med sitt höga massnummer, starka fotoelektronkoefficient och hög massa energikoefficient är guld en mycket lovande kandidat för sådana mekaniska målsättningsförfaranden.


Response of Stress and Oxidative Stress Mechanisms


Medan inert, antas guld att ha en aktiv yta som kan användas för att främja och öka katalytisk effektivitet hos en reaktion, vilket kan leda till en ökning av responsen av stress (ROS) mekanismer. Effekten är större i nanopartiklar med en diameter mindre än 5 nm eftersom partiklar i denna skala presenterar ett större förhållande mellan ytan och volymen.

Vissa av dessa mekanismer antas emellertid vara ansvariga för de cytotoxicitetseffekter som BNP-radiosensibiliseringsmetoder kan uppvisa. Samspelet mellan nanopartiklarnas yta och syremolekyler underlättar överföringen av donorelektroner till syrearten och genererar superoxidradikaler. Detta kan leda till ROS-produktion genom dismutation.

Andra oxidationsspänningar kan också bidra till cytotoxiciteten genom att orsaka skador på DNA- och cellmembranproteinerna i en cell. Det finns många orsaker till ökningen av oxidativ stress, men de vanligaste är närvaron av redoxgrupper i beläggningen, föroreningar från produktionsmetoden och oxidant-inducerande egenskaper från nanopartiklarna.

Cykel-effekter

Känsligheten och biologiska effekterna av strålningsexponering är beroende av cellcykelfasen. BNI kan förbättra radiosensibilisering genom cellcykelavbrott och inducera apoptos (celldöd). Som svar på strålning svarar cellerna på vissa kontrollpunkter och reparerar deras genomiska defekter, vilket förhindrar celldöd. BNI, till skillnad från andra metaller, har visats många förändrade cellcykelfördelningsmekanismer, snarare än bara genom inducerad cellcykelhållande.

BNP har visat sig främja en viss fas, känd som G2 / M-fasen, för att påskynda cellcykelhållandet i cancerceller (DU-145) och minska uttrycket av tumörproteinerna som finns i dessa celler.

Tiolerade BNP har använts som effektiva detektorer av tumörceller. De belagda nanopartiklarna påbereder ett svar i tumörcellerna G2 / M-faser och inducerar apoptos. I slutändan har detta visat sig ge en ökning av detektionskänsligheten under röntgenexponering. Kärnkraftmålad BNP ensam kan också störa tumörcellsövergång och populationer för att framkalla apoptos i cancerceller.

De huvudsakliga drivfaktorerna för att erhålla tydliga svar i celler genom dessa mekanismer definieras av valet av beläggning och storlek hos nanopartiklarna. De olika koncentrationerna, beläggningarna, materialen och cellinjerna gör det emellertid svårt att bestämma den verkliga verkningsmekanismen i spel under dessa processer. Det är känt att närvaron av BNP inducerar förändringar i cellkinetiken på grund av ackumulering av G2 / M-faser. G2 / M är känd för att vara den mest radiosensitiva, så sådana ackumuleringar leder till en generell ökning av radiosensibiliseringen.

DNA-skada och reparation

GNP-inducerad radiosensibilisering kan ge en alternativ mekanism genom DNA-skada och reparation. Strålning i sig inducerar dubbelsträngsbrott i DNA och deras efterföljande reparation är väsentlig för att upprätthålla celllivet. Eftersom DNA är så viktigt för celldelning gör det också det ett viktigt terapeutiskt mål för att stoppa multiplikationen av cancerceller.

DNA-skada genom BNP-inducerad radiosensibilisering sker i två steg - tidig och sen skada. Tidig DNA-skada, dvs 1 timme efter strålningsexponering, beror på BNP-närvaron i perinuclearområdet vid bestrålningstiden. Sen DNA-skada, det vill säga efter 24 timmars efterbestrålning, sker genom andra indirekta processer såsom radikal produktion.

Genom olika forskningsinsatser har det visat sig att BNI kan påverka cellens reparationsmekanism och orsaka kvarstående skador. Det menas dock att inte alla BNP-processer följer samma mekanism och kan inducera särskild reparationskinetik i olika cellinjer.

BNP kan främja dosförstärkningen och öka dubbelsträngsprängningen i DNA genom radiosensibiliseringsmetoder, men bristen på konsistens i cellinjer, strålningskällor och energier, behandlingsförhållanden och nanopartikelegenskaper kan leda till olika resultat vilket har gjort det svårt för forskare Att dra en övergripande slutsats om dessa mekanismer. I framtiden kan förståelsen av hur de olika parametrarna kan påverka DNA-skadorna och reparationen potentiellt kasta ljus på hur BNP-kraven påkallar DNA-skador och reparationssvar i cancerceller.

Biverkande effekter av BNP-radiosensibilisering

Bortsett från de direkta strålningseffekterna är kommunikationen mellan celler mycket viktig efter strålningsexponering. Även om celler inte har påverkats direkt av strålningen, om de kommunicerar med närliggande exponerade celler kan de få signaler som gör att de kan fungera som om de har utsatts för direkt strålningsexponering. Detta är känt som den ömsesidiga effekten, och kan förekomma i många olika celltyper.

Signalerna som involveras i motståndsprocesser kan orsaka en förändring i genuttrycket, skador på DNA och kromosomer, cellproliferationsändringar, apoptos eller förändringar i translationsprocessen i icke-bestrålade celler.

Det finns många typer av signalmolekyler som är involverade i dessa processer som släpps ut i omgivningen och når framstående celler genom antingen passiv diffusion, bindning till receptorer eller direkt cell-till-cellkontakt.

Exosomer (vesiklar) som bär mikroRNA (miRNA) antas vara katalysatorn för att mediera intracellulära signaler mellan tumörceller och medståndsceller. MikroRNA kan vara upp- eller nedreglerande efter strålningsexponering, med några stammar som multiplicerar efter en stråldos som ökar proliferationen och resistansen hos cancercellerna genom att rikta in dödsreceptorerna.

BNP, tillsammans med andra metall-NP, har visat sig avbryta de intracellulära vägarna associerade med cellsignalering, även när ingen strålning är närvarande. Förekomsten av BNP kan leda till en serie svar beroende på storlek, form och beläggning. Förståelsen av vilka signaleringsbanor som påverkas är ett framtida övervägande, men kan leda till ökad förståelse för omständigheter och radiosensibiliseringseffekter.

Toxicitet av BNI

Som med någon form av terapeutisk behandling, toxicitet och ännu viktigare cytotoxicitet är en nyckelfaktor som kan påverka behandlingens framgång. Det råder för närvarande osäkerhet om BNP: s nivå av toxicitet. Bulkguld är mycket säkert men vissa funktionaliserade BNP har uppvisat oanvändbara nivåer av cytotoxicitet.

Storlek, koncentration, celltyp och behandlingstid är de grundläggande parametrar som forskare anser när man undersöker cytotoxiciteten hos BNP. Storlek är en viktig faktor, eftersom mycket små partiklar kan vara mycket toxiska, medan större partiklar är relativt icke-toxiska. En hög koncentration av BNP har visat sig leda till en minskning av cellens livskraft, men låga koncentrationer verkar inte ha något inflytande.

Vissa forskare har uppmätt upptag och lokalisering av nanopartiklarna i cellen genom transmissionselektronmikroskopi (TEM). Dessa metoder ledde forskarna till slutsatsen att nanopartikler inte är naturligt giftiga för mänskliga celler. Det noterades emellertid att den potentiella modifieringen av nanopartiklar genom deras miljö är en viktig faktor, eftersom detta kan leda till signifikanta variationer som kan ändra användbarheten för kliniska tillämpningar.

Ett potentiellt sätt att kontrollera framtidens toxicitet och kliniska lönsamhet är framtida modifiering av befintlig teknik. Forskare har utvecklat en snabb och effektiv vivo-analys som kallas "ToxTracker". För närvarande används det för att identifiera DNA-skador som orsakas av direkt DNA-interaktion, oxidativ stress och allmän cellulär stress från andra metalloxid och silverbaserade nanopartiklar. Det skulle kunna anpassas i framtiden för att inkludera BNP och hjälpa till att belysa inte bara några av de underliggande mekanismerna utan även deras cytotoxiska egenskaper.



Hem | Om oss | Produkter | Nyheter | Utställning | Kontakta oss | Feedback | Mobiltelefon | XML | Main sida

TEL: +86-757-8128-5193  E-mail: chinananomaterials@aliyun.com

Guangdong Nanhai ETEB Technology Co., Ltd