Forscher entwickeln neue, hitzeeffiziente Nanopartikel zur Behandlung von Krebs

Wissenschaftler der Oregon State University haben einen Weg gefunden, magnetische Nanopartikel herzustellen, die heißer werden als alle vorherigen Nanopartikel, wodurch ihre Fähigkeit zur Krebsbekämpfung verbessert wird.

Die Fakultät des OSU College of Pharmacy leitete eine Zusammenarbeit, die eine fortschrittliche thermische Zersetzungsmethode zur Herstellung von Nanopartikeln entwickelte, die in Krebsläsionen Temperaturen von bis zu 50 Grad Celsius oder 122 Grad Fahrenheit erreichen können, wenn sie einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt werden.

Ergebnisse der präklinischen Studie unter der Leitung von Oleh Taratula und Olena Taratula wurden heute in der Zeitschrift veröffentlicht Kleine Methoden.

Magnetische Nanopartikel haben seit Jahren Anti-Krebs-Potenzial gezeigt, sagten die Wissenschaftler. Sobald sie sich in einem Tumor befinden, werden die Partikel – winzige Materiestücke, die nur einen Milliardstel Meter groß sind – einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt. Die Bestrahlung mit dem Feld, ein nicht-invasiver Prozess, bewirkt, dass sich die Nanopartikel erhitzen, wodurch die Krebszellen geschwächt oder zerstört werden.

„Die magnetische Hyperthermie ist sehr vielversprechend für die Behandlung vieler Krebsarten“, sagte Olena Taratula. „Viele vorklinische und klinische Studien haben sein Potenzial gezeigt, Krebszellen entweder direkt abzutöten oder ihre Anfälligkeit für Bestrahlung und Chemotherapie zu erhöhen.“

Derzeit kann die magnetische Hypothermie jedoch nur bei Patienten eingesetzt werden, deren Tumore mit einer Injektionsnadel zugänglich sind, sagte Oleh Taratula, und nicht bei Menschen mit schwer erreichbaren bösartigen Erkrankungen wie metastasierendem Eierstockkrebs.

„Mit derzeit verfügbaren magnetischen Nanopartikeln können die erforderlichen therapeutischen Temperaturen – über 44 Grad Celsius – nur durch direkte Injektion in den Tumor erreicht werden“, sagte er. „Die Nanopartikel haben nur eine mäßige Heizeffizienz, was bedeutet, dass man eine hohe Konzentration von ihnen im Tumor benötigt, um genügend Wärme zu erzeugen. Und zahlreiche Studien haben gezeigt, dass sich nur ein kleiner Prozentsatz der systemisch injizierten Nanopartikel in Tumoren anreichert, was es schwierig macht, sie zu bekommen diese hohe Konzentration.“

Um diese Probleme anzugehen, entwickelten die Wissenschaftler eine neue chemische Herstellungstechnik, die zu magnetischen Nanopartikeln mit höherer Heizeffizienz führte. Sie zeigten in einem Mausmodell, dass sich die mit Kobalt dotierten Nanopartikel nach niedrig dosierter systemischer Verabreichung in metastasierenden Eierstockkrebstumoren anreichern und dass die Partikel bei Exposition gegenüber einem magnetischen Wechselfeld auf 50 Grad Celsius erwärmen können.

„Nach unserem Wissen ist dies das erste Mal, dass gezeigt wurde, dass magnetische Nanopartikel, die intravenös in einer klinisch empfohlenen Dosis injiziert werden, in der Lage sind, die Temperatur von Krebsgewebe auf über 44 Grad Celsius zu erhöhen“, sagte Olena Taratula. „Und wir haben auch gezeigt, dass unsere neuartige Methode für die Synthese verschiedener Kern-Schale-Nanopartikel verwendet werden kann. Sie könnte als Grundlage für die Entwicklung neuartiger Nanopartikel mit hoher Heizleistung dienen und die systemische magnetische Hyperthermie zur Behandlung von Krebs weiter vorantreiben.“

Core-Shell-Nanopartikel haben eine innere Kernstruktur und eine äußere Hülle aus verschiedenen Komponenten, sagte sie. Forscher interessieren sich besonders für sie wegen der einzigartigen Eigenschaften, die sich aus der Kombination von Kern- und Schalenmaterial, Geometrie und Design ergeben können.

Neben Olena und Oleh Taratula umfasste die Zusammenarbeit auch die Forscher des College of Pharmacy, Youngrong Park, Abraham Moses, Peter Do, Ananiya Demessie, Tetiana Korzun, Fahad Sabei, Conroy Sun, Prem Singh, Fahad Sabei und Hassan Albarqi sowie Pallavi Dhagat vom Oregon State College of Engineering und Forscher der Oregon Health & Science University.