Die elektrothermische Therapie, bei der elektrische Signale an Nanomaterialien angelegt werden, bietet eine hohe Zielgenauigkeit für Krebszellen und ist hochgradig biokompatibel. In dieser Forschungsarbeit haben Wissenschaftler der Singapore University of Technology and Design (SUTD) ein neuartiges wärmebasiertes Therapie-Nanosystem entwickelt, das mehr als 20 % der Bauchspeicheldrüsenkrebszellen mit Mikrosekunden-Elektroimpulsen und mit ausgezeichneter Biokompatibilität zerstört.
Die elektrothermische Therapie funktioniert, indem zweidimensionale (2D) Materialien in Krebszellen injiziert und elektrische Ströme an die Zellen angelegt werden. Dadurch erhitzen sich die Materialien und töten benachbarte Krebszellen ab. Die traditionelle elektrothermische Therapie mit 2D-Materialien kann jedoch aufgrund einer schwachen Ablation von Krebszellen versagen. Dies ist auf die begrenzte Menge an Materialien zurückzuführen, die sich auf den Krebszellen ansammeln, und auf die schwache Joule-Erwärmung, die im Material erzeugt wird.
Um diese Probleme zu lindern, lagerten die Forscher das M13-Virus auf Molybdändisulfid (MoS2)-Schichtmaterialien ab, um eine hybride Nanomaterial-MoS2-Nanostruktur mit M13-Virus zu schaffen (die Autoren nennen es MNM). Außerdem veränderten sie die Nanomaterialoberflächen mit Polyethylenglykol (PEG), um die Biokompatibilität zu verbessern.
Die Einführung des M13-Virus verbessert die Leistung der elektrothermischen Therapie. Im Vergleich zu herkömmlichen 2D-Materialien sammelt sich aufgrund der höheren Spezifität der Bindung des M13-Virus an Krebszellen eine größere Menge an MNM auf den Krebszellen an. Aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit des MoS2-Materials wird auch eine starke Joulesche Erwärmung erzeugt.
Infolgedessen wird in den Nanomaterialien eine größere Wärmemenge erzeugt, die zum Abtöten einer größeren Population von Krebszellen verwendet werden kann. Beispielsweise kann das MNM-Nanosystem den Prozentsatz von Krebszellen um 23 % verringern, was ungefähr zweimal höher ist als das, was aktuelle Nanosysteme für die thermische Therapie leisten können.
„Seit vielen Jahren ist die Ausrottung von Krebs der Traum von Krebspatienten und -forschern. Es ist von entscheidender Bedeutung, das Wiederauftreten und die Metastasierung des Krebses im Körper zu beseitigen“, sagt der leitende Forscher, Assistenzprofessor Desmond Loke von der Singapore University of Technology and Design ( SÜD).
„Aufgrund der Vielfalt, Heterogenität und Komplexität der Krebszellen kann eine einzige herkömmliche Therapie Krebszellen jedoch nicht vollständig ausrotten. Deshalb wollten wir ein einfaches Nanosystem oder Nanomaterial entwickeln, um Krebszellen synergetisch auszurotten und zu behandeln.“
Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Pharmazie.
Mehr Informationen:
Maria P. Meivita et al., An Efficient, Short Stimulus PANC-1 Cancer Cell Ablation and Electrothermal Therapy Driven by Hydrophobic Interactions, Pharmazie (2022). DOI: 10.3390/pharmaceutics15010106