新技术使用可生物降解的纳米粒子关闭癌细胞的发电站
图片来源：埃因霍温科技大学
由 TU/e 研究人员共同设计的用于光动力疗法的新型可生物降解纳米颗粒进入癌细胞并“关闭”其线粒体发电站。
一种新兴的纳米药物癌症治疗涉及注射携带可以毒害癌细胞的化合物的微小纳米粒子，具有许多好处。这种所谓的光动力疗法 (PDT) 是无毒的，不涉及侵入性手术。由埃因霍温理工大学的 Jan van Hest 领导的一个团队与来自中国和英国的研究人员合作，设计了一种新的 PDT 纳米粒子，它以一种新颖的方式攻击癌细胞：它们进入细胞并关闭它们的发电站——它们的线粒体——使治疗更有效。这项新研究已发表在 Angewandte Chemie 上。
想象一个由一组发电站供电的城市。如果所有车站都因故同时关闭，将会出现全市停电。城市将陷入停滞，混乱可能随之而来，但最重要的是，城市将无法发挥城市应有的作用。
我们身体的每一个细胞都可以看作是一座小城。细胞不是建筑物，而是含有细胞器，如细胞核和核糖体。细胞的“发电站”是线粒体，它以三磷酸腺苷 (ATP) 的形式产生燃料。如果线粒体突然关闭，那么细胞就会面临一定的死亡——无论是健康细胞还是癌细胞。
这正是 TU/e 复杂分子系统研究所 (ICMS) 的负责人 Jan van Hest 和他的研究团队与来自中国和英国的研究人员合作的目标，旨在开发一种新的癌症治疗方法，称为光动力学治疗（PDT）。
光动力疗法
PDT 是一种无毒、无创的替代疗法，可替代目前用于消除癌细胞的疗法，例如化学疗法、放射疗法和择期手术。对于患者来说，这些治疗可能会产生许多影响他们生活质量的副作用，但幸运的是，正在开发较少磨损的选择。
在 PDT 中，患者被注射携带光敏剂（一种对光有反应的材料）的微小纳米颗粒。当纳米颗粒聚集在癌细胞附近时，它们会被激光照射并产生一种特定形式的氧气，这种氧气对癌细胞有毒并最终导致它们死亡。
正如去年在ACS Nano上发表的一项研究所证明的那样，在 TU/e，Jan van Hest 和他的研究小组在改进 PDT 方法方面取得了稳步进展。
关闭癌细胞
然而，通过设计 PDT 纳米粒子进入癌细胞并破坏其供电线粒体，细胞可以迅速“断电”，PDT 治疗的有效性将大大提高。换句话说，纳米粒子可以以更有针对性和更快的方式杀死癌细胞。
“这项研究的主要挑战是弄清楚如何在癌细胞内获取 PDT 纳米粒子，并且一旦进入细胞内，将纳米粒子引导至线粒体，”van Hest 说。“一旦靠近线粒体，纳米粒子的光敏剂货物可以用光激活，然后毒化线粒体的微环境并关闭细胞最重要的电源。”
荧光的重要性
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该团队开发了一种将纳米粒子制造为可生物降解的聚合物囊体的方法，即可以携带药物、蛋白质或光敏剂的空球体。
然而，与以前的纳米粒子不同，新版本的设计是在它们组成的构建块组装时发出荧光。
这种荧光过程被称为聚集诱导发射，发射响应使得更容易跟踪纳米粒子在组织中的位置。
为了将纳米颗粒快速引导至细胞内的线粒体，研究小组将吡啶鎓分子附着在纳米颗粒的表面。一旦纳米粒子聚集在线粒体上，它们的光敏剂货物就可以被激光激活，并有效地毒化癌细胞中的微环境。新的研究已经成功地证明了这一过程 在体外 和 体内 实验中的作用。
考虑未来的治疗
尽管如此，van Hest 很快指出，虽然 PDT 是一种革命性的新型非侵入性治疗方法，但仍然需要其他治疗方法。“这项工作是开发有效 PDT 纳米粒子的下一步。作为一种治疗方法，它与现有疗法结合使用效果最好。重要的是，它将减少对放射治疗和化学疗法的依赖，这只会对患者有益。”
“我们仍然需要更有选择性和更有效的疗法来治疗癌症。PDT 在靶向和消除癌细胞方面具有选择性和准确的潜力，”van Hest 补充道。“这项研究表明，在杀死癌细胞方面，我们可以有效地设计制造高效自组装纳米粒子所需的材料。”
当然，这些发现激发了对纳米粒子、它们的跟踪和功效的进一步研究和开发。
但当谈到癌细胞的线粒体或发电站时，它们的未来看起来并不光明。他们的灯可能即将熄灭。