Anorganische Nanozyme, die als Therapeutika und Kontrastmittel beim MRI- und PET-Scannen wirken

Die CIC-Gruppe biomaGUNE Molecular and Functional Biomarkers hat ein schnelles, kostengünstiges, synthetisches Mikrowellenverfahren zur Herstellung von ultrakleinen Mangan-Ferrit-Nanopartikeln entwickelt, die als fortschrittliche, multimodale Kontrastmittel in der Magnetresonanztomographie (MRT) und Positronen-Emissions-Tomographie (PET) wirken ); sie haben auch eine intrazelluläre katalytische Aktivität, wodurch eine beispiellose Verringerung des Tumorwachstums für Materialien dieses Typs in einem präklinischen Brustkrebsmodell induziert werden kann. Die Ergebnisse dieser Forschung, veröffentlicht von der Zeitschrift Kleinzeigen, dass diese Nanopartikel robuste Eigenschaften für nanobiotechnologische Anwendungen haben.

Ultrakleine Mangan-Ferrit-Nanopartikel bestehen aus Eisen, Mangan und Sauerstoff; es handelt sich um etwa 4 Nanometer große Eisenoxidpartikel, in deren Kristallstruktur Mangan integriert ist. Herkömmlicherweise werden solche Partikel durch zeitaufwändige organische Prozesse hergestellt, die langwierige Reinigungsphasen erfordern. In diesen Fällen machte ihre organische Beschichtung einen Einsatz in wässrigen oder biologischen Umgebungen unmöglich. Durch den Einsatz eines schnellen, mikrowellengestützten Verfahrens in dieser Arbeit „konnten wir jedoch zeigen, dass es möglich ist, diese wasserlöslichen Nanopartikel gebrauchsfertig sowohl in Zellen als auch in präklinischen Studien herzustellen, und das gleichzeitig sehr effizient als Kontrastmittel für MRT und als Katalase-nachahmende Nanozyme. Darüber hinaus ermöglicht diese Synthese die Markierung von Radioisotopen für Kontrastzwecke der PET-Bildgebung, was ihre Anwendung in der Biobildgebung erweitert“, sagte Susana Carregal, assoziierte Forscherin bei CIC biomaGUNE und CIBERES.

In dieser Studie hat die Forschungsgruppe von Carregal „sowohl in vitro als auch in präklinischen Studien zu Brustkrebs bewiesen, dass diese Nanopartikel das Wasserstoffperoxid reduzieren und den Sauerstoffgehalt in den Tumorzellen erhöhen. Diese beiden kleinen Moleküle kontrollieren wichtige Zellfunktionen mit direkten Auswirkungen auf dem Ausbruch von Krankheiten wie Lungenfibrose oder Krebs, sodass diese Nanozyme in Behandlungen eingesetzt werden könnten, bei denen die Regulation dieser Metaboliten entscheidend ist“, erklärt Carregal.

Eine Bibliothek von Nanopartikeln mit verschiedenen magnetischen und katalytischen Eigenschaften

Durch kleine Änderungen hat diese Forschungsgruppe eine Bibliothek von 14 Partikeln mit verschiedenen magnetischen und katalytischen Eigenschaften erstellt: „Wir können die Menge an Mangan steuern, die wir in die Partikel einbringen, ohne Eigenschaften wie Ladung oder Größe zu verändern, die für Respekt wichtig sind auf ihre Biosicherheit und Bioverteilung im Körper. Durch die Anpassung der Manganmenge können wir die Nanozyme dazu bringen, verschiedene bildgebende und katalytische Eigenschaften anzunehmen“, sagte Dr. Carregal. Auf diese Weise konnte je nach gewählter Anwendung das am besten geeignete Nanozym ausgewählt werden.

„Dass die PET gleichzeitig mit der MRT durchgeführt werden kann und dass die Partikel selbst eine Abschwächung des Tumorwachstums zeigen, ist ein bemerkenswerter Fortschritt. Das war vorher noch nie dagewesen. Normalerweise hatten die Partikel alleine keinen Einfluss auf das Tumorwachstum “, sagte Carregal. Diese vielversprechenden Anwendungen eröffnen neue Wege für die Entwicklung effizienterer theranostischer Wirkstoffe (Wirkstoffe, die sowohl therapeutische als auch diagnostische Funktionen erfüllen). „Im Prinzip ist dies eine Studie im Vorstadium, sie zeigt das Potenzial dieser Materialien“, fügte sie hinzu.

Der Forscher beharrte darauf, dass „es noch ein langer Weg zu gehen ist. Obwohl wir ein effizienteres und weniger kostspieliges Syntheseverfahren entwickelt und seine Auswirkungen auf die Zellbiologie nachgewiesen haben, ist die Untersuchung der Anpassungsmechanismen der Metaboliten noch lange nicht abgeschlossen.“ -fristige Biosicherheit müsste weiterentwickelt werden.“

Die Forschungsgruppe hat auf dem Gebiet der Nanozyme ein wertvolles Werkzeug bereitgestellt, „nicht nur dank ihrer katalytischen Effizienz, sondern auch durch ihre kombinierte Verwendung als multimodales Kontrastmittel. Bis zu ihrem Potenzial ist jedoch noch viel Forschungsarbeit zu leisten Der Anwendungsbereich hat sich in Anwendungen bewährt, die Auswirkungen auf die Gesellschaft haben können“, schloss Carregal.