Forscher entwickeln neue, hitzeeffiziente Nanopartikel zur Krebsbehandlung
"Magnetische Hyperthermie ist vielversprechend für die Behandlung vieler Krebsarten"
Wissenschaftler der Oregon State University haben einen Weg gefunden, magnetische Nanopartikel herzustellen, die heißer werden als alle bisherigen Nanopartikel und damit ihre Fähigkeit zur Krebsbekämpfung verbessern.
Nanopartikel reichern sich im Tumor an.
Olena Taratula, Oleh Taratula, OSU College of Pharmacy
Fakultätsangehörige des OSU College of Pharmacy waren federführend an der Entwicklung einer fortschrittlichen thermischen Zersetzungsmethode zur Herstellung von Nanopartikeln beteiligt, die in Krebsläsionen Temperaturen von bis zu 50 Grad Celsius bzw. 122 Grad Fahrenheit erreichen können, wenn sie einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt werden.
Die Ergebnisse der präklinischen Studie unter der Leitung von Oleh Taratula und Olena Taratula wurden in der Zeitschrift Small Methods veröffentlicht.
Magnetische Nanopartikel haben seit Jahren ein Potenzial zur Krebsbekämpfung gezeigt, so die Wissenschaftler. Im Tumor angekommen, werden die Partikel - winzige Materieteilchen mit einer Größe von einem Milliardstel Meter - einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt. Die Einwirkung des Feldes, ein nicht-invasiver Prozess, führt dazu, dass sich die Nanopartikel erhitzen und die Krebszellen schwächen oder zerstören.
"Die magnetische Hyperthermie ist ein vielversprechender Ansatz für die Behandlung vieler Krebsarten", so Olena Taratula. "Viele präklinische und klinische Studien haben gezeigt, dass sie Krebszellen entweder direkt abtöten oder ihre Empfindlichkeit gegenüber Strahlen- und Chemotherapie erhöhen kann."
Derzeit kann die magnetische Hypothermie jedoch nur bei Patienten eingesetzt werden, deren Tumore mit einer Injektionsnadel zugänglich sind, so Oleh Taratula, und nicht bei Menschen mit schwer zugänglichen bösartigen Tumoren wie metastasierendem Eierstockkrebs.
"Mit den derzeit verfügbaren magnetischen Nanopartikeln können die erforderlichen therapeutischen Temperaturen - über 44 Grad Celsius - nur durch direkte Injektion in den Tumor erreicht werden", sagte er. "Die Nanopartikel haben nur eine mäßige Heizeffizienz, was bedeutet, dass man eine hohe Konzentration von ihnen im Tumor benötigt, um genügend Wärme zu erzeugen. Und zahlreiche Studien haben gezeigt, dass sich nur ein kleiner Prozentsatz der systemisch injizierten Nanopartikel im Tumor anreichert, was es zu einer Herausforderung macht, diese hohe Konzentration zu erreichen."
Um diese Probleme zu lösen, entwickelten die Wissenschaftler eine neue chemische Herstellungstechnik, die zu magnetischen Nanopartikeln mit höherer Heizleistung führte. In einem Mausmodell konnten sie zeigen, dass sich die mit Kobalt dotierten Nanopartikel nach einer systemischen Verabreichung in niedriger Dosis in metastasierenden Eierstockkrebstumoren anreichern und dass die Partikel, wenn sie einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt werden, eine Temperaturerhöhung von bis zu 50 Grad Celsius erreichen können.
"Unseres Wissens ist dies das erste Mal, dass gezeigt wurde, dass magnetische Nanopartikel, die in einer klinisch empfohlenen Dosis intravenös injiziert werden, in der Lage sind, die Temperatur von Krebsgewebe auf über 44 Grad Celsius zu erhöhen", sagte Olena Taratula. "Und wir haben auch gezeigt, dass unsere neue Methode für die Synthese verschiedener Kern-Schale-Nanopartikel verwendet werden kann. Sie könnte als Grundlage für die Entwicklung neuartiger Nanopartikel mit hoher Heizleistung dienen und die systemische magnetische Hyperthermie zur Behandlung von Krebs weiter voranbringen."
Kern-Schale-Nanopartikel haben eine innere Kernstruktur und eine äußere Schale, die aus verschiedenen Komponenten besteht, sagte sie. Die Forscher sind besonders an ihnen interessiert, weil sich aus der Kombination von Kern- und Schalenmaterial, Geometrie und Design einzigartige Eigenschaften ergeben können.
An der Zusammenarbeit waren neben Olena und Oleh Taratula auch die Forscher Youngrong Park, Abraham Moses, Peter Do, Ananiya Demessie, Tetiana Korzun, Fahad Sabei, Conroy Sun, Prem Singh, Fahad Sabei und Hassan Albarqi vom College of Pharmacy sowie Pallavi Dhagat vom Oregon State College of Engineering und Forscher der Oregon Health & Science University beteiligt.
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