+86-757-8128-5193

Tentoonstelling

De biologische mechanismen van Gouden Nanoparticle Radiosensibilisatie

In de afgelopen jaren is er een toenemende interesse geweest voor nanomedicine, een interdisciplinair veld dat erop gericht is verschillende nanomaterialen te gebruiken om een reeks biomedische toepassingen en medische aandoeningen aan te pakken.

Een dergelijke toepassing is de productie van radiosensibilisatoren voor kankerbehandelingen, met goudnanodeeltjes (BNP's) die de weg leiden. Echter, met het menselijk lichaam zo ingewikkeld als het is, hebben de radiosensibilisatoren van BNP niet de hoogtes bereikt die oorspronkelijk werden verwacht en hebben ze nog niet naar de kliniek gebracht. Dit is ondanks veelbelovende preklinische in-vitro- en in-vivo bewijzen.

Een team van Ierse onderzoekers heeft een recensie gepubliceerd in de onderliggende biologische mechanismen van BNP radiosensitizers en hoe de belemmeringen voor klinische proeven kunnen worden afgebroken.

Straling is een gebruikelijke vorm van kankerbehandeling, maar de toxiciteitsgraden verbonden aan de behandelingen beperken de dosering. Er is veel onderzoek gedaan om het kankerweefsel aan de straling te sensibiliseren, terwijl de omringende gezonde cellen alleen worden gelaten.

Een dergelijke manier is via therapeutische verhoudingen die een materiaal met een hoog atoomgetal introduceren aan de doelcellen. Met zijn hoge massa nummer, sterke foto-elektronencoëfficiënt en hoge massa-energiecoëfficiënt, is goud een zeer veelbelovende kandidaat voor dergelijke mechanistische targeting benaderingen.


Reactie van stress- en oxidatieve stressmechanismen


Hoewel inert wordt beschouwd dat goud een actief oppervlak bezit dat kan worden gebruikt om de katalytische efficiëntie van een reactie te bevorderen en te verhogen, wat kan leiden tot een toename van de respons van stress (ROS) mechanismen. Het effect is groter in nanopartikels met een diameter kleiner dan 5 nm, aangezien deeltjes op deze schaal een grotere verhouding tussen de oppervlakten en de volumes bieden.

Sommige van deze mechanismen worden echter geacht verantwoordelijk te zijn voor de cytotoxiciteitseffecten die de radiosensitiseringsmethoden van BNP kunnen tonen. De interactie tussen het oppervlak van de nanodeeltjes en zuurstofmoleculen vergemakkelijkt de overdracht van donor-elektronen naar de zuurstofsoort en genereert superoxide radicalen. Dit kan leiden tot de productie van ROS door dismutatie.

Andere oxidatie spanning kan ook bijdragen tot de cytotoxiciteit door schade aan de DNA- en celmembraan eiwitten in een cel te veroorzaken. Er zijn veel redenen voor de toename van oxidatieve stress, maar het meest voorkomende is de aanwezigheid van redoxgroepen in de coating, verontreinigingen uit de productiemethode en oxidant-inducerende eigenschappen van de nanodeeltjes.

Celcyclus-effecten

De gevoeligheid en biologische effecten van blootstelling aan straling zijn afhankelijk van de celcyclusfase. BNP's kunnen radiosensibiliseren door celcyclusverstoring en apoptose veroorzaken (celdood). In reactie op straling reageren cellen op bepaalde controlepunten en repareren hun genomische defecten, waardoor de celdood wordt voorkomen. BNP's, in tegenstelling tot andere metalen, zijn veel veranderende celcyclusverdelingsmechanismen getoond, in plaats van alleen door geïnduceerde celcyclus arrestatie.

BNP's zijn gevonden om een bepaalde fase, bekend als de G2 / M fase, te bevorderen om de celcyclus arrestatie in kankercellen (DU-145) te versnellen en de expressie van de tumorproteïnen die in deze cellen worden gevonden, te verminderen.

Thiolated-BNP's zijn gebruikt als efficiënte detectors van tumorcellen. De gecoate nanodeeltjes roepen een reactie op in de G2 / M fasen van tumorcellen en veroorzaken apoptose. Uiteindelijk is dit aangetoond dat de detectiegevoeligheid onder röntgenblootstelling toeneemt. Kerngerichte GNP's kunnen ook de tumorcelovergang en populaties verstoren, om apoptose in kankercellen te veroorzaken.

De belangrijkste aandrijvingsfactoren om afzonderlijke reacties in cellen te verkrijgen door deze mechanismen worden bepaald door de keuze van de coating en de grootte van de nanodeeltjes. Echter, de verschillende concentraties, coatings, materialen en cellijnen maken het moeilijk om het werkelijke werkingsmechanisme tijdens de processen te bepalen. Het is bekend dat de aanwezigheid van BNP's veranderingen in de celkinetiek veroorzaakt door de accumulatie van G2 / M fasen. G2 / M is bekend als het meest radiosensitieve, zodat dergelijke accumulaties leiden tot een algehele toename van de radiosensibilisatie.

DNA schade en reparatie

BNP-geïnduceerde radiosensibilisatie kan een alternatief mechanisme bieden door DNA-schade en reparatie. Straling zelf induceert dubbelstrengige breuken in DNA en hun daaropvolgende reparatie is essentieel om het celleven te behouden. Omdat DNA zo essentieel is voor celdeling, is het ook een belangrijk therapeutisch doel om de vermenigvuldiging van kankercellen te stoppen.

DNA-schade door middel van door GNP geïnduceerde radiosensibilisering vindt plaats in twee fasen - vroege en late schade. Vroege DNA-schade, dat wil zeggen 1 uur na blootstelling aan straling, is te danken aan de aanwezigheid van de BNP in de perinucleaire regio ten tijde van bestraling. Overwegende dat late DNA-schade, dwz na 24 uur na bestraling, plaatsvindt via andere indirecte processen, zoals radicale productie.

Door middel van diverse onderzoeksinspanningen is aangetoond dat BNP's het herstelmechanisme van de cel kunnen beïnvloeden en residuele schade kunnen veroorzaken. Er wordt echter gedacht dat niet alle GNP-processen hetzelfde mechanisme volgen en in verschillende cellijnen verschillende herstelkinetieken kunnen veroorzaken.

BNP's kunnen de dosisverbetering bevorderen en dubbelstrengingsbreuken in het DNA door middel van radiosensibiliseringsbenaderingen verhogen, maar het gebrek aan consistentie in cellijnen, stralingsbronnen en energieën, behandelingsomstandigheden en nanodeeltjes eigenschappen kan leiden tot uiteenlopende resultaten, waardoor het moeilijk is voor onderzoekers Een algemene conclusie trekken over deze mechanismen. In de toekomst kan het begrijpen hoe de verschillende parameters de schade en reparatie van DNA kunnen beïnvloeden, potentieel werpen op hoe de BNP's een DNA-schade oproepen en reparatie in kankercellen repareren.

Bystander Effecten van BNP Radio Sensibilisatie

Naast de directe stralingseffecten is de communicatie tussen cellen erg belangrijk na blootstelling aan straling. Zelfs als cellen niet direct door de straling zijn getroffen, kunnen ze signalen krijgen die ervoor zorgen dat ze direct blootgesteld zijn aan straling, als ze communiceren met nabijgelegen blootgestelde cellen. Dit staat bekend als het bijstander effect, en kan zich voordoen in veel verschillende celtypes.

De signalen die betrokken zijn bij bijstandsprocessen kunnen leiden tot een verandering in de genuitdrukking, schade aan het DNA en chromosomen, veranderingen in cel proliferatie, apoptose of veranderingen in het vertaalproces in niet-bestraalde cellen.

Er zijn veel soorten signaleringsmoleculen betrokken bij deze processen die in het omgevingsomgeving worden vrijgegeven en de bijstandscellen bereiken door middel van passieve diffusie, binding aan receptoren of direct contact tussen cellen en cellen.

Exosomen (blaasjes) die microRNA dragen (miRNA) worden geacht de katalysator te zijn voor het bemiddelen van intracellulaire signalen tussen tumorcellen en bijstandscellen. MicroRNAs kunnen up- of down-reguleren na blootstelling aan straling, waarbij sommige stammen vermenigvuldigen na een stralingsdosis die de proliferatie en weerstand van de kankercellen versterkt door de sterfte receptoren te richten.

BNP's, naast andere metaal-NP's, zijn gebleken de intracellulaire pathways die geassocieerd zijn met celsignaal te onderbreken, zelfs als er geen straling aanwezig is. De aanwezigheid van BNP's kan leiden tot een reeks reacties, afhankelijk van hun grootte, vorm en coating. Het begrijpen van welke signaalbanen worden beïnvloed, is een toekomstige overweging, maar kan leiden tot een beter begrip van de omstanders en radiosensibiliserende effecten.

Toxiciteit van BNP's

Zoals bij elke vorm van therapeutische behandeling, toxiciteit, en nog belangrijker cytotoxiciteit, is een belangrijke factor die het succes van de behandeling kan beïnvloeden. Er is momenteel een mate van onzekerheid over het niveau van de toxiciteit van het BNP. Bulk goud is zeer veilig, maar bepaalde functionele GNP's hebben onbruikbare niveaus van cytotoxiciteit vertoond.

Grootte, concentratie, celtype en behandeltijd zijn de basisparameters die onderzoekers overwegen bij het onderzoek naar de cytotoxiciteit van BNP's. Maat is een belangrijke factor, omdat zeer kleine deeltjes zeer giftig kunnen zijn, terwijl grotere deeltjes relatief niet giftig zijn. Een hoge concentratie van BNP's heeft geleid tot een vermindering van de cellevendabiliteit, maar lage concentraties lijken geen invloed te hebben.

Sommige onderzoekers hebben de opname en lokalisatie van de nanodeeltjes in de cel gemeten door transmissie-elektronenmicroscopie (TEM). Deze methoden leidden de onderzoekers tot de conclusie dat nanodeeltjes niet inherent toxisch zijn voor menselijke cellen. Er werd echter ook opgemerkt dat de mogelijke wijziging van nanodeeltjes door hun omgeving een belangrijke factor is, aangezien dit kan leiden tot significante variaties die hun toepasselijkheid voor klinische toepassingen kunnen veranderen.

Een mogelijke manier om de toxiciteit en de klinische levensvatbaarheid van BNP's in de toekomst te controleren is door de aanpassing van de bestaande technologie. Onderzoekers hebben een snelle en efficiënte vivo-test ontwikkeld die bekend staat als de "ToxTracker". Momenteel is het gebruikt om DNA-schade te herkennen die wordt veroorzaakt door directe DNA-interactie, oxidatieve stress en algemene cellulaire stress van andere metaaloxide en nanopartikels op zilver. Het kan in de toekomst aangepast worden om BNP's te omvatten en helpen niet alleen een aantal van de onderliggende mechanismen maar ook hun cytotoxische eigenschappen te illustreren.



Huis | Informatie | Producten | Nieuws | Tentoonstelling | Neem contact op met ons | Onderzoek | Mobiele telefoon | XML | Main Page

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

Guangdong Nanhai ETEB Technology Co., Ltd