Forscher entwickeln magnetische Nanopartikel zur präzisen Krebsbehandlung
Traditionell waren Strahlung, Chemotherapie und Operation die häufigsten Möglichkeiten, maligne Zellen zu entfernen und zu zerstören. Da diese Behandlungen jedoch auch gesunde Zellen schädigen können, haben sie häufig signifikante Nebenwirkungen. Heutzutage entstehen genauere und gezielte Therapien, um Krebszellen anzugreifen und gleichzeitig normale Gewebe zu sparen.
Professor Eijiro Miyako und sein Forschungsteam am Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) sind wegweisende so innovative Ansätze zur Krebsbehandlung. Zuvor entwickelte sein Team Tumor-Targeting-Bakterien, die das Immunsystem auslösen, um Tumorzellen anzugreifen. In einer in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Kleine Wissenschaft Am 3. März 2025 haben Prof. Miyako und sein Team Nanopartikel entwickelt, die magnetisch auf Tumorzellen gerichtet und dann mit einem Laser erwärmt werden, um Tumorzellen zu zerstören.
Diese Behandlung basiert auf einer photothermen Therapie, bei der phototherme Nanopartikel angebracht werden – Teilnehmer, die Licht absorbieren und in Wärme umwandeln – selektiv Krebszellen zerstören. Wenn die Nanopartikel einem Laserlicht (NER-Infrarot) ausgesetzt sind, erzeugen die Nanopartikel Wärme und zerstören den Tumor. Das Team verwendete biokompatible Kohlenstoffnanohorns (CNHs) als photothermische Wirkstoffe. CNHs sind kugelförmige Nanostrukturen auf Graphenbasis, die zuvor zur Arzneimittelabgabe und zum Bioimaging eingesetzt wurden. Eine zentrale Herausforderung bei der Verwendung von CNHs besteht jedoch darin, sicherzustellen, dass sich die Nanopartikel in Tumoren effektiv ansammeln.
Um dies zu beheben, modifizierte das Team die CHNs durch Zugabe magnetischer ionischer Flüssigkeit 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrachloroferrate ([Bmim][FeCl4]) zu ihrer Oberfläche. Ionische Flüssigkeiten haben Antikrebseigenschaften und verleihen den Nanopartikeln magnetische Eigenschaften, sodass sie unter Verwendung eines externen Magneten an Tumorstellen geführt werden können. CNHs sind jedoch natürlich unlöslich in Wasser und [Bmim][FeCl4] ist hydrophob (wasserabweisend) und stellt eine Herausforderung für den Einsatz im Körper dar. Um die Dispergierbarkeit der Partikel im Körper zu verbessern, fügten die Forscher eine Beschichtung des Polyethylenglykols hinzu, um die Wasserlöslichkeit und Dispergierbarkeit des Teilchens im Körper zu verbessern. Sie umfassten auch einen fluoreszierenden Farbstoff, Indocyaningrün, in den Nanopartikel, um als visueller Tracker zu fungieren, was die Echtzeitüberwachung der Nanopartikel ermöglichte.
„Der innovative Ansatz dieser Studie zum Nanokomplex -Design ermöglicht es uns, zum ersten Mal magnetische ionische Flüssigkeiten auf die Krebsbehandlung anzuwenden.“ erklärt Professor Miyako. „Dies ist ein erheblicher Fortschritt und bietet eine neue Möglichkeit für Krebstheranostika.“
Die Nanopartikel nur 120 Nanometer hatten eine photothermische Umwandlungseffizienz von 63%, die viele herkömmliche phototherme Wirkstoffe übertrifft und ausreichte, um Krebszellen abzutöten. In Labortests induzierten die Nanopartikel, wenn sie zu Maus-abgeleiteten Dickdarmkarzinomen (Colon26) zugesetzt wurden, den Zelltod effektiv bei Exposition gegenüber einem 808-nm-NIR-Laser bei 0,7 W (~ 35,6 mw mm-2) 5 Minuten. Bei Mäusen mit Colon26 -Tumoren konnten die Forscher die Nanopartikel mit einem Magneten auf den Tumor lenken. Diese akkumulierten Nanopartikel erhitzten die Tumoren auf 56 ° C, eine Temperatur, die hoch genug war, um Krebszellen zu zerstören. Die Ergebnisse waren vielversprechend: Mäuse, die mit den magnetgesteuerten Nanopartikeln behandelt wurden, zeigten nach sechs Laserbehandlungen eine vollständige Tumor-Eliminierung, ohne dass in den folgenden 20 Tagen ein Wiederauftreten nicht rezidiviert war. Im Gegensatz dazu, wenn die Nanopartikel nicht von Magneten geleitet wurden, registrierte sich die Tumoren, nachdem die Laserbehandlung gestoppt worden war, was darauf hinweist, dass sich nicht genügend Nanopartikel angesammelt hatten, um die Krebszellen vollständig auszurotten.
Diese innovative Behandlung kombiniert drei leistungsstarke Mechanismen: die hitzebasierte Zerstörung von Krebszellen, die chemotherapeutische Wirkung der ionischen Flüssigkeit und magnetische Führung. Dieser multimodale Ansatz bietet eine effektivere Alternative zu herkömmlichen Therapien, die typischerweise auf einer einzigen Wirkungsweise beruhen. Darüber hinaus unterstreicht die Studie das Potenzial magnetischer ionischer Flüssigkeiten bei der Krebsbehandlung und ebnet den Weg für neue therapeutische Strategien.
„Diese einfache, aber hochwirksame Nanoplatform, die mehrere Tumor-Tötungsmechanismen nutzt, hat ein signifikantes Potenzial für zukünftige klinische Anwendungen bei der Krebsdiagnose und -behandlung.“ sagt Prof. Miyako. „Weitere Sicherheitstests und die Entwicklung eines effizienten endoskopischen Lasersystems sind für die Behandlung tieferer Tumoren erforderlich.“
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