Ultrasmall nanopartikel töten krebszellen auf ungewöhnliche weise


Ultrasmall nanopartikel töten krebszellen auf ungewöhnliche weise

Wissenschaftler sind überrascht, dass ultrasmall, fluoreszierende Nanopartikel - ursprünglich entwickelt, um Tumore für die Operation zu beleuchten - können auch Krebszellen zu töten, indem sie eine Art von Zelltod, die nicht häufig beobachtet wird.

Die ultrasmall Partikel töten Krebszellen, indem sie Eisen aus ihrer Umgebung nehmen und es in sie liefern. Der Prozess - genannt Ferroptose - zerbricht die Membran der Zelle.

Sie berichten über die Entdeckung - und wie sie die Nanopartikel in Zellkulturen und Mäusen getestet haben - in der Zeitschrift Natur Nanotechnologie .

Einer der führenden Ermittler, Ulrich Wiesner, Professor für Ingenieurwissenschaften an der Cornell University in Ithaca, NY, sagt:

"Wenn du ein Nanopartikel zum Töten von Krebs entwerfen musst, wäre das genau so, wie du es tun würdest."

Nanopartikel sind winzige Partikel mit mindestens einer Dimension nicht größer als 100 Nanometer. Sie haben ungewöhnliche Eigenschaften im Vergleich zu dem gleichen Material in einem größeren Maßstab, und Wissenschaftler und Ingenieure wenden sie in vielen Bereichen, einschließlich Elektronik und Biomedizin.

Die Nanopartikel im Zentrum der neuen Studie - genannt Cornell-Punkte oder C-Punkte - sind ultrasmall, fluoreszierende Siliciumdioxid-Partikel mit einem Durchmesser von 5 Nanometern.

Sie wurden ursprünglich von Prof. Wiesner vor über 10 Jahren als Werkzeug für die Krebsoperation entwickelt. Sie hängen an Krebszellen und leuchten sie auf, so Chirurgen können sehen, wo zu schneiden.

Die Partikel sollten auch für die gezielte Arzneimittelabgabe und die Umgebungserkennung verwendet werden.

"Intrinsische therapeutische Eigenschaften"

Die neue Studie zeigt, dass die Krebs-Targeting-Cornell-Punkte Krebszellen töten können, ohne Drogen zu tragen.

Lead-Autorin Michelle Bradbury, Direktorin der intraoperativen Bildgebung im Memorial Sloan Kettering Cancer Center in New York, NY, bemerkt:

"In der Tat ist dies das erste Mal, dass wir gezeigt haben, dass das Teilchen intrinsische therapeutische Eigenschaften hat."

"Das Teilchen ist in normal gesundem Gewebe gut verträglich", erklärt Prof. Wiesner, "aber sobald man einen Tumor hat und unter ganz bestimmten Bedingungen, werden diese Partikel zu Mördern."

Die Forscher entdeckten die Krebs-tötenden Eigenschaften der Cornell-Punkte, als sie versuchten, herauszufinden, wie gut große Konzentrationen toleriert werden konnten. Sie führten mehrere Experimente über mehrere Jahre durch.

Dann, zu ihrer Überraschung, fanden sie, dass, wenn hohe Dosen von peptidbeschichteten Cornell-Punkten mit Krebszellen inkubiert wurden - und besonders wenn die Zellen an Nährstoffen verhungert waren - die Partikel Eisen aus der Umgebung und lieferten sie in die Krebszellen.

Die Bereitstellung von Eisen in die Zellen löst eine Art von Zelltod namens Ferroptose, die die Zellmembran bricht. Dies ist anders als die häufiger beobachteten Fragmentierung Zelltod bekannt als Apoptose.

"Welle der Zerstörung"

Prof. Wiesner sagt nur 24-48 Stunden nach der Exposition gegenüber den Cornell-Punkten, sie beobachteten, wie eine "Welle der Zerstörung" durch die gesamte Krebszellkultur gefegt wurde.

In weiteren Experimenten injizierten sie hohe Dosen der beschichteten Cornell-Punkte in Mäuse, die mit Melanom-Tumoren gepfropft wurden, und fanden, dass sie die Tumore schrumpften, ohne irgendwelche Nebenwirkungen zu verursachen.

Die Autoren schließen ihre Ergebnisse ab "Ferroptose kann durch ultrasmall Kieselsäure-Nanopartikel gezielt werden und kann therapeutisches Potential haben."

Wir haben ein anderes Werkzeug gefunden, das die Leute bisher gar nicht gedacht haben. Das hat unsere Art des Denkens über Nanopartikel verändert und was sie vielleicht tun könnten."

Prof. Ulrich Wiesner

Die Forscher planen nun zu testen, wie die Cornell-Punkte mit anderen Standard-Therapien in verschiedenen Arten von Krebs-Tumoren arbeiten.

Sie wollen sie effektiver machen, bevor sie Tests beim Menschen beginnen. Das Team wird auch erkunden Möglichkeiten, um die Partikel an bestimmte Krebsarten anzupassen.

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