+86-757-8128-5193

Ausstellung

Die biologischen Mechanismen der Gold-Nanopartikel-Radiosensibilisierung

In den letzten Jahren gab es ein wachsendes Interesse an Nanomedizin, ein interdisziplinäres Feld, das verschiedene Nanomaterialien zur Bewältigung einer Reihe biomedizinischer Anwendungen und medizinischer Beschwerden anstrebt.

Eine solche Anwendung ist die Herstellung von Radiosensibilisatoren für Krebsbehandlungen, wobei Gold-Nanopartikel (GNPs) den Weg führen. Doch mit dem menschlichen Körper ist so komplex wie es ist, GNP Radiosensibilisatoren haben nicht ganz die Höhen getroffen, die ursprünglich erwartet wurden, und haben es noch in die Klinik zu machen. Dies ist trotz vielversprechender präklinischer In-vitro- und In-vivo- Evidenz.

Ein Team von irischen Forschern hat ein Review-Papier in die zugrunde liegenden biologischen Mechanismen von BSP-Radiosensibilisatoren veröffentlicht und wie die Barrieren für klinische Studien abgebaut werden können.

Strahlung ist eine häufige Form der Krebsbehandlung, aber die Toxizitätsniveaus, die mit den Behandlungen verbunden sind, begrenzen die Dosierung. Es gab viel Forschung, um das Krebsgewebe zur Strahlung zu sensibilisieren, während die umgebenden gesunden Zellen alleine verlassen wurden.

Ein solcher Weg ist durch therapeutische Verhältnisse, die ein Material mit einer hohen Atomzahl zu den Zielzellen einführen. Mit seiner hohen Massenzahl, einem starken Photoelektronenkoeffizienten und einem hohen Massenenergiekoeffizienten ist Gold ein sehr vielversprechender Kandidat für solche mechanistischen Targeting-Ansätze.


Reaktion von Stress- und Oxidationsstress-Mechanismen


Während es inert ist, wird angenommen, dass Gold eine aktive Oberfläche besitzt, die verwendet werden kann, um die katalytische Effizienz einer Reaktion zu fördern und zu erhöhen, was zu einer Erhöhung der Reaktion von Stress- (ROS-) Mechanismen führen kann. Die Wirkung ist bei Nanopartikeln mit einem Durchmesser von weniger als 5 nm größer, da Partikel auf dieser Skala ein größeres Flächen-zu-Volumen-Verhältnis aufweisen.

Allerdings sind einige dieser Mechanismen vermutlich verantwortlich für die Zytotoxizität Effekte, die GNPs Radiosensibilisierungsmethoden zeigen können. Die Wechselwirkung zwischen der Oberfläche der Nanopartikel und Sauerstoffmoleküle erleichtert die Übertragung von Donorelektronen auf die Sauerstoffspezies und erzeugt Superoxidradikale. Dies kann zur ROS-Produktion durch Dismutation führen.

Andere Oxidationsspannungen können auch zur Zytotoxizität beitragen, indem sie die DNA- und Zellmembranproteine in einer Zelle schädigen. Es gibt viele Gründe für die Zunahme des oxidativen Stresses, aber am häufigsten sind die Anwesenheit von Redoxgruppen in der Beschichtung, Verunreinigungen aus dem Herstellungsverfahren und Oxidationsmittel-induzierende Eigenschaften aus den Nanopartikeln.

Zellzyklus-Effekte

Die Empfindlichkeit und die biologischen Effekte der Strahlenbelastung hängen von der Zellzyklusphase ab. GNPs können die Radiosensibilisierung durch Zellzyklusstörungen verstärken und Apoptose induzieren (Zelltod). Als Reaktion auf Strahlung reagieren Zellen auf bestimmte Checkpoints und reparieren ihre genomischen Defekte und verhindern den Zelltod. GNPs, im Gegensatz zu anderen Metallen, wurden gezeigt, viele alternative Zellzyklus Verteilungsmechanismen, anstatt nur durch induzierte Zellzyklus Arrest.

Es wurde festgestellt, dass GNPs eine bestimmte Phase, die als G2 / M-Phase bekannt ist, fördern, um den Zellzyklus-Arrest in Krebszellen (DU-145) zu beschleunigen und die Expression der in diesen Zellen gefundenen Tumorproteine zu verringern.

Thiolat-GNPs wurden als effiziente Detektoren von Tumorzellen verwendet. Die beschichteten Nanopartikel rufen eine Reaktion in den G2 / M-Phasen der Tumorzellen auf und induzieren Apoptose. Letztlich hat sich gezeigt, dass dies eine Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit unter Röntgenbelichtung ergibt. Nuklear-gezielte GNPs allein können auch den Tumorzellübergang und die Populationen stören, um Apoptose in Krebszellen zu induzieren.

Die wichtigsten treibenden Faktoren, um unterschiedliche Reaktionen in Zellen durch diese Mechanismen zu erhalten, werden durch die Wahl der Beschichtung und Größe der Nanopartikel definiert. Die verschiedenen Konzentrationen, Beschichtungen, Materialien und Zelllinien machen es jedoch schwierig, den eigentlichen Wirkmechanismus während dieser Prozesse zu bestimmen. Es ist bekannt, dass die Anwesenheit von GNPs aufgrund der Akkumulation von G2 / M-Phasen Veränderungen in der Zellkinetik induziert. G2 / M ist bekanntlich das radiosensitive, so dass solche Anhäufungen zu einer Gesamtzunahme der Radiosensibilisierung führen.

DNA Schaden und Reparatur

GNP-induzierte Radiosensibilisierung kann einen alternativen Mechanismus durch DNA-Schaden und Reparatur bieten. Die Strahlung selbst induziert doppelsträngige Pausen in der DNA und ihre nachfolgende Reparatur ist wichtig, um das Zellleben zu erhalten. Da die DNA für die Zellteilung so wichtig ist, macht sie es auch zu einem wichtigen therapeutischen Ziel, die Multiplikation von Krebszellen zu stoppen.

DNA-Schäden durch GNP-induzierte Radiosensibilisierung erfolgt in zwei Stufen - frühen und späten Schäden. Eine frühe DNA-Schädigung, dh 1 Stunde nach Strahlenexposition, ist auf die GNPs-Präsenz in der perinuklearen Region zum Zeitpunkt der Bestrahlung zurückzuführen. Während späte DNA-Schäden, dh nach 24-stündiger Bestrahlung, durch andere indirekte Prozesse wie radikale Produktion auftreten.

Durch verschiedene Forschungsanstrengungen wurde gezeigt, dass BSPs den Reparaturmechanismus der Zelle beeinflussen und Restschäden verursachen können. Es wird jedoch angenommen, dass nicht alle GNP-Prozesse dem gleichen Mechanismus folgen und eine unterschiedliche Reparaturkinetik in verschiedenen Zelllinien induzieren können.

GNPs können die Dosisverstärkung fördern und Doppelstrangbrüche in der DNA durch Radiosensibilisierungsansätze erhöhen, aber der Mangel an Konsistenz in Zelllinien, Strahlungsquellen und Energien, Behandlungsbedingungen und Nanopartikeleigenschaften kann zu unterschiedlichen Ergebnissen führen, was es für Forscher schwer gemacht hat Eine allgemeine Schlussfolgerung zu diesen Mechanismen zu ziehen. In der Zukunft könnte das Verständnis davon, wie die verschiedenen Parameter die DNA-Schädigung und -Reparatur beeinflussen können, potenziell beleuchten, wie die BSPs eine DNA-Schädigung aufrufen und die Reaktion in Krebszellen reparieren.

Umwelteffekte der GNP Radiosensibilisierung

Abgesehen von den direkten Strahlungseffekten ist die Kommunikation zwischen den Zellen nach der Strahlenbelastung sehr wichtig. Auch wenn die Zellen nicht direkt von der Strahlung betroffen sind, wenn sie mit nahegelegenen Zellen kommunizieren, dann können sie Signale empfangen, die sie dazu veranlassen, so zu handeln, als wären sie einer direkten Strahlenbelastung ausgesetzt worden. Dies ist bekannt als der Bystander-Effekt und kann in vielen verschiedenen Zelltypen auftreten.

Die Signale, die in Bystanderprozessen involviert sind, können eine Veränderung der Genexpression, Schädigung der DNA und Chromosomen, Zellproliferationsveränderungen, Apoptose oder Veränderungen des Translationsverfahrens in nicht bestrahlten Zellen bewirken.

Es gibt viele Arten von Signalmolekülen, die an diesen Prozessen beteiligt sind, die in die Umgebung freigesetzt werden und die umsteigenden Zellen durch entweder passive Diffusion, Bindung an Rezeptoren oder direkten Zell-zu-Zell-Kontakt erreichen.

Exosomen (Vesikel), die microRNA (miRNA) tragen, sind vermutlich der Katalysator für die Vermittlung von intrazellulären Signalen zwischen Tumorzellen und Bystanderzellen. MicroRNAs können nach der Strahlenbelastung hoch- oder nachregulierend sein, wobei einige Stämme nach einer Strahlendosis multiplizieren, die die Proliferation und Resistenz der Krebszellen durch die Targeting der Todesrezeptoren erhöht.

GNPs, neben anderen Metall-NPs, wurde gefunden, um die intrazellulären Wege, die mit der Zell-Signalisierung verbunden sind, zu unterbrechen, auch wenn keine Strahlung vorhanden ist. Die Anwesenheit von BSPs kann zu einer Reihe von Antworten je nach Größe, Form und Beschichtung führen. Das Verständnis davon, welche Signalwege betroffen sind, ist eine zukünftige Betrachtung, könnte aber zu einem besseren Verständnis von Zuschauern und Radiosensibilisierungseffekten führen.

Toxizität von BSPs

Wie bei jeder Form von therapeutischer Behandlung, Toxizität und vor allem Zytotoxizität, ist ein Schlüsselfaktor, der den Erfolg der Behandlung beeinflussen kann. Es gibt derzeit ein Maß an Unsicherheit um die GNPs Ebene der Toxizität. Bulk Gold ist sehr sicher, aber bestimmte funktionalisierte BSPs haben unbrauchbare Zytotoxizitätsniveaus ausgestellt.

Größe, Konzentration, Zelltyp und Behandlungszeit sind die grundlegenden Parameter, die Forscher bei der Untersuchung der Zytotoxizität von BSPs berücksichtigen. Die Größe ist ein wichtiger Faktor, da sehr kleine Partikel hochgiftig sein können, während größere Partikel relativ ungiftig sind. Eine hohe Konzentration an BSPs hat zu einer Verringerung der Lebensfähigkeit der Zellen geführt, aber niedrige Konzentrationen scheinen keinen Einfluss zu haben.

Einige Forscher haben die Aufnahme und Lokalisierung der Nanopartikel in der Zelle durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) gemessen. Diese Methoden führten die Forscher zu dem Schluss, dass Nanopartikel nicht inhärent toxisch für menschliche Zellen sind. Es wurde jedoch auch festgestellt, dass die mögliche Modifikation von Nanopartikeln durch ihre Umgebung ein wichtiger Faktor ist, da dies zu signifikanten Variationen führen kann, die ihre Anwendbarkeit für klinische Anwendungen verändern könnten.

Eine mögliche Möglichkeit, die Toxizität und die klinische Lebensfähigkeit der BSP in der Zukunft zu überprüfen, ist die Änderung der bestehenden Technologie. Forscher haben einen schnellen und effizienten vivo Assay entwickelt, der als "ToxTracker" bekannt ist. Derzeit wurde es verwendet, um DNA-Schäden zu identifizieren, die durch direkte DNA-Wechselwirkung, oxidativen Stress und allgemeinen zellulären Stress aus anderen Metalloxid- und Silber-basierten Nanopartikeln verursacht wurden. Es könnte in der Zukunft angepasst werden, um BSPs einzubeziehen und zu helfen, nicht nur einige der zugrunde liegenden Mechanismen, sondern auch ihre zytotoxischen Eigenschaften zu erhellen.



Startseite | Über uns | Produkte | News | Ausstellung | Kontaktieren Sie uns | Anfrage | Handy | XML

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

Guangdong Nanhai ETEB Technology Co., Ltd