7 Minutės
New LED-based photothermal therapy selectively destroys cancer cells
„The University of Texas at Austin“ ir Portu universiteto (University of Porto) mokslininkai pranešė apie perspektyvią šviesa paremtą vėžio terapiją, kuri selektyviai naikina naviko ląsteles, o sveika audinį taupo. Gydymas apjungia arti infraraudonųjų spindulių (NIR) LED apšvietimą su mikroskopinėmis alavo oksido struktūromis – vadinamomis SnOx nanoflekso (nanoflakes) – kad sukurtų lokalizuotą šilumos efektą, žudančią vėžio ląsteles. Tyrėjai sukonstravo specialų LED šildymo sistemą, kad suaktyvintų nanofleksus, ir stebėjo ląstelių gyvybingumą: žalia žymi gyvas ląsteles, o raudona – fototerminės terapijos sunaikintas ląsteles.

Tyrėjų suprojektuota arti infraraudonųjų LED šildymo sistema aktyvuoja SnOx nanofleksus, kurie įkaista ir neutralizuoja vėžio ląsteles (žalia: gyvos ląstelės; raudona: fototerminės terapijos sunaikintos ląstelės).
Šis metodas sprendžia kelias įprastinės fototerminės terapijos ribotumus, kai dažnai naudojami aukštos galios lazeriai arba brangios medžiagos. Pasitelkus LED šviesos diodus ir alavo oksido nanomedžiagas, tyrėjų komanda teigia, kad galima sumažinti gydymo sąnaudas, sumažinti poreikį specializuotai klinikinei infrastruktūrai ir sumažinti riziką, kad aplinkiniai sveiki audiniai bus pažeisti gydymo metu. LED technologija kartu su SnOx nanodalelėmis gali padėti plėtoti prieinamas onkologines procedūras, skirtas paviršiniams navikams ir papildomai pooperacinei intervencijai.
Study results: high efficacy against skin cancer cells
Recenzuotame žurnale ACS Nano paskelbtame straipsnyje aprašyta naujoji metodika parodė stiprų ir greitą citotoksinį poveikį laboratoriniais in vitro bandymais. Po 30 minučių LED poveikio gydymas sunaikino iki 92 % odos vėžio ląstelių ir apie 50 % storosios žarnos (kolorektalinio) vėžio ląstelių in vitro. Svarbu paminėti, kad tokio paties poveikio metu, esant tyrimo sąlygoms, nebuvo aptikta žalos sveikoms žmogaus odos ląstelėms – tai pabrėžia terapijos selektyvumą ir potencialią saugumo naudą.
Jean Anne Incorvia, Cockrell inžinerijos mokyklos (Cockrell School of Engineering) dėstytoja, apibendrino komandos siekį: "Mūsų tikslas – sukurti gydymą, kuris būtų ne tik veiksmingas, bet ir saugus bei prieinamas. Suderinus LED šviesą ir SnOx nanofleksus, mes išvystėme metodą, leidžiantį tiksliai nutaikyti vėžio ląsteles ir palikti sveikas ląsteles nepaliestas." Portu universiteto Artur Pinto pabrėžė prieinamumą ir tolimesnius žingsnius: "Mūsų galutinis tikslas – padaryti šią technologiją prieinamą pacientams visur, ypač ten, kur trūksta prieigos prie specializuotos įrangos, su mažesnėmis pašalinėmis reakcijomis ir mažesnėmis sąnaudomis. Ypač odos vėžio atveju mes įsivaizduojame, kad vieną dieną gydymas galėtų persikelti iš ligoninės į paciento namus. Nešiojamas prietaisas galėtų būti dedamas ant odos po operacijos, apšviesti ir sunaikinti likusias vėžio ląsteles, taip sumažinant pasikartojimo riziką." Šios išvados atspindi tyrėjų dėmesį technologijos pernešimui nuo laboratorinio koncepcijos į klinikinius prietaisus.
Scientific background and mechanism
Fototerminė terapija naudoja absorbuotą šviesą, kad pakeltų taikinių ląstelių temperatūrą, sukeldama baltymų denatūraciją, membranų pažeidimus ir ląstelių mirtį. Arti infraraudonosios (NIR) bangos ilgio spektras yra pageidaujamas, nes NIR spinduliai prasiskverbia gilyn į audinius labiau nei matoma šviesa, o tai leidžia pasiekti paviršinius, bet ir švelniai gilesnius sluoksnius. Šiame darbe SnOx nanofleksai veikia kaip fototerminis agentas: jie sugeria NIR LED šviesą, paverčia ją šiluma ir sukelia lokalizuotą terminį pažeidimą ten, kur nanomedžiagos prisitvirtina prie vėžio ląstelių. Palyginti su metaliniais fototerminiais agentais, alavo oksido nanostruktūros gali būti pigesnės gaminti ir pasiūlyti kitas biokompatibilumo bei aktyvavimo charakteristikas.
Techninis mechanizmas apima keletą svarbių elementų: (1) NIR šviesos absorbcija SnOx paviršiuje, (2) efektyvus fototerminės konversijos koeficientas, kuris lemia, kiek sugerta energija paverčiama šiluma, (3) vietinis temperatūros padidėjimas, pakankamas sukelti termiškai medijuotą ląstelių žūtį (apibrėžiamą kaip termolizė arba apoptinio bei nekrozės mechanizmų aktyvacija), ir (4) mechaninis ir cheminis ryšys tarp nanofleksų ir naviko ląstelių, dažnai pasiekiamas funkcionalizuojant nanodaleles tikslinėmis molekulėmis arba ligandais.
Advantages over laser-based systems
- Lower equipment cost: LEDs are cheaper and more robust than medical lasers.
- Safer operation: LED arrays emit less concentrated energy, reducing the chance of collateral tissue damage.
- Greater portability: battery-powered LED devices could enable treatments outside specialized clinics.
Nors aukštos galios lazeriai turi pranašumų, tokių kaip itin tikslus fokusavimas arba gilesnė energijos koncentracija, jie reikalauja brangios infrastruktūros, specialistų priežiūros ir didesnių saugumo reikalavimų. LED sprendimai gali pasiūlyti konkurencingą alternatyvą dermato-onkologijoje ir kituose paviršiniuose navikų gydymo scenarijuose, ypač ten, kur svarbus prieinamumas, mažos sąnaudos ir saugumas. Tokiu atveju galima sukurti klinikinės klasės LED aplikatorius, kurie, vykdant kontrolę pagal standartus, užtikrintų pastovų šilumos tiekimą ir temperatūros kontrolę.
Implications and next steps
Pranešti in vitro rezultatai yra įkvepiantys, tačiau preliminarūs. Pagrindiniai tolimesni žingsniai apima išsamius saugumo ir biodistribucijos tyrimus gyvūnų modeliuose, nanofleksų formulacijų optimizavimą skirtingiems navikų tipams ir klinikinės klasės LED aplikatorių inžineriją. Tyrėjų komanda planuoja toliau charakterizuoti fototermines reakcijas, išbandyti alternatyvias katalizines arba aktyvacines medžiagas ir kurti prototipus, tinkamus klinikiniams tyrimams.
Prieš pereinant prie žmogaus tyrimų, reikės atlikti kelių lygių vertinimą: in vivo saugumo profilį, farmakokinetiką ir išsisklaidymą (kiek ir kur SnOx nanodalelės kaupiasi organizme), ilgalaikį toksikologinį vertinimą (įskaitant imunologinius atsakus), bei optimizuoti tiek dozes, tiek apšvitinimo parametrus (bangos ilgis NIR spektre, išskiriama galia mW/cm2, impulsų ar nuolatinio šviesos režimo parinktys). Be to, reikės sukurti temperatūros stebėjimo ir valdymo sistemas – pvz., termoviziją ar integruotus temperatūros jutiklius – kad gydymo metu būtų užtikrintas saugus ir efektyvus terminis poveikis.
Jeigu in vivo ir klinikiniais tyrimais būtų patvirtintas efektyvumas ir saugumas, LED aktyvuota SnOx fototerminė terapija galėtų išplėsti prieigą prie neinvazinių vėžio gydymo metodų, sumažinti priklausomybę nuo sisteminės chemoterapijos ir pasiūlyti papildomą galimybę po chirurginio naviko pašalinimo, mažinant vietinio pasikartojimo riziką. Tokia terapija galėtų tapti dalimi daugiaterapinės strategijos kartu su chirurgija, radioterapija arba imunoterapija, ypač gydant paviršinius odos navikus ar minimalias likusias ligos zonas po resekcijos.
Komercinės plėtros perspektyvos apima medicininių prietaisų sertifikavimą, gamybos mastelio didinimą, kokybės kontrolę ir saugios medžiagos tiekimą. SnOx nanofleksų sintezės procesų optimizavimas, stabilumo užtikrinimas ir bioprieinamumo reguliavimas bus svarbūs veiksniai. Taip pat būtina spręsti klausimus susijusius su paketavimu, sterilumu, distribucija ir vartotojo instrukcijomis, jei planuojama sukurti nešiojamus arba buities naudojimui skirtus prietaisus, kuriuos valdytų sveikatos priežiūros specialistai arba apmokyti pacientai.
Conclusion
LED varoma SnOx nanofleksų aktyvacija yra reikšmingas žingsnis fototerminėje vėžio terapijoje. Derindama selektyvų vietinį įkaitinimą, prieinamumą ir galimą nešiojamumą, ši metodika pasiūlo kelią link saugesnių ir labiau prieinamų gydymo galimybių paviršiniams navikams, tokiems kaip odos vėžys, ir galbūt kaip papildomas gydymas kitų vėžio formų atvejais, reikalaujant tolesnių tyrimų ir klinikinių patikrinimų. Ateities tyrimai turės įvertinti in vivo efektyvumą, ilgalaikį saugumą ir terapijos integraciją į esamas onkologines praktikas, įskaitant fizinių parametrų, dozavimo ir aplikatorių dizaino optimizavimą bei galimą derinimą su kitomis terapijomis.
Techniniai ir klinikiniai įvertinimai, kartu su reguliaciniais patvirtinimais ir gydytojų bei pacientų švietimu, bus esminiai, kad ši nauja fototerminė technologija galėtų peraugti iš laboratorinio į klinikinį lygmenį. Integruojant inžinerinius sprendimus (LED modulius, šilumos valdymą, temperatūros matavimą) su pažangiais nanomedžiagų dizainais (funkcionalizuotos SnOx nanodalelės, tiksliniai ligandai), galima sukurti saugius, veiksmingus ir ekonomiškus prietaisus, plečiančius prieigą prie inovatyvių onkologinių gydymo sprendimų ir prisidedančius prie pacientų priežiūros gerinimo visame pasaulyje.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą