Новые наночастицы жидкого металла для лечения рака

Исследователи разрабатывают новый противораковый тераностический агент, который может превращать световую энергию в тепло и, в свою очередь, разрушать раковые клетки.

Японский передовой институт науки и технологий

Изображение: Универсальный сплав галлия и индия из жидкого металла (LM) был использован для разработки новой наночастицы LM, которая содержит иммуномодулятор и ингибитор иммунных контрольных точек Anti-PD-L1. При облучении ближним инфракрасным светом Anti-PD-L1 специфически связывается с раковой клеткой, а иммуностимуляторы активируют Т- и дендритные клетки. Эта синергетическая активация в сочетании с фототермическим эффектом эффективно уничтожает раковую клетку практически мгновенно.посмотреть больше

Фото: Эйджиро Мияко из JAIST.

Исикава, Япония -- Жидкие металлы (ЖМ), такие как чистый галлий (Ga) и сплавы на основе Ga, представляют собой новый класс материалов с уникальными физико-химическими свойствами. Одним из наиболее известных применений ЛМ является фототермическая терапия против рака, при которой функциональные наночастицы ЛМ преобразуют световую энергию в тепловую, убивая тем самым раковые клетки. Фототерапия на основе ЛМ превосходит традиционную терапию рака благодаря своей высокой специфичности, повторяемости и малому количеству побочных эффектов.

В новом передовом исследовании доцент Эйджиро Мияко и его коллеги из Японского передового института науки и технологий (JAIST) синтезировали многофункциональные наночастицы на основе галлия, которые сочетают фототерапию рака с иммунотерапией. Синтезированная новая наночастица LM (PEG-IMIQ-LM) содержит эвтектический сплав галлия-индия (EGaIn) LM и иммунологический модулятор имиквимод (IMIQ), встроенные в биосовместимое поверхностно-активное вещество DSPE-PEG2000-NH2. Подробные результаты исследования были опубликованы в Advanced Functional Materials.

«Мы считаем, что конвергенция наноиммуноинженерии и технологии LM может обеспечить многообещающий метод запуска идеальных иммунных ответов для продвижения иммунотерапии рака. В этом исследовании мы сообщаем о активируемых светом многофункциональных наночастицах LM с иммуностимуляторами для сочетания фототермической терапии с иммунотерапией», — говорит доктор Мияко, обсуждая мотивацию команды к проведению этого исследования.

Сначала исследовательская группа подготовила вододиспергируемые наночастицы LM с помощью простого одноэтапного процесса обработки ультразвуком с использованием DSPE-PEG2000-NH2 для введения IMIQ. Это считается огромным прорывом, поскольку EGaIn LM по своей сути не смешивается с водой. Дальнейшие расследования подтвердили, что LM распадается, чтобы обеспечить доставку IMIQ к цели. Более того, полученная наночастица продемонстрировала линейное увеличение поглощения в ближней инфракрасной (NIR) области при длине волны 808 нм, что подтверждает ее оптически активируемую природу.

Когда водный раствор наночастицы LM был облучен БИК-лазером (808 нм), команда наблюдала заметное увеличение температуры раствора, которое было пропорционально увеличению концентрации наночастиц. Эти результаты подтвердили, что наночастицы PEG-IMIQ-LM представляют собой надежный и стабильный фототермический носитель лекарств, пригодный для иммунотерапии.

Дальнейшие эксперименты показали, что наночастицы LM чрезвычайно безопасны и не вызывают цитотоксичности в клетках фибробластов человека (MRC5) и рака толстой кишки мышей (Colon26). Чтобы оценить степень интернализации и распределения частиц, флуоресцентный краситель, известный как индоцианин зеленый (ICG), был введен в частицу посредством обработки ультразвуком, в результате чего образовались частицы PEG-ICG-IMIQ-LM. Флуоресцентная (FL) микроскопия, оснащенная лазерным лучом, продемонстрировала, что частица LM проявляла сильную флуоресценцию в различных длинах волн ближнего ИК-диапазона и немедленно разрушала клетки Colon26. Таким образом, частицы LM могут не только эффективно доставлять иммуномодуляторы, но также обеспечивать их отслеживание в реальном времени и уничтожать определенные раковые клетки.

Наконец, команда разработала многогранный иммунный наностимулятор LM для тераностики рака. Для этого они добавили к существующей флуоресцентной наночастице LM антитело против лиганда-1 запрограммированной смерти (Anti-PD-L1), один из наиболее многообещающих ингибиторов иммунных контрольных точек. Модифицированная частица Anti-PD-L1–PEG–ICG–IMIQ–LM эффективно диспергировалась со значительной флуоресценцией. С увеличением времени после облучения температура поверхности опухоли линейно возрастала, что свидетельствует о противоопухолевом действии наночастиц.