Neuartiges Quantenpunkt-Hydrogel zeigt verbesserte photothermische Umwandlungseffizienz

Materialien auf Basis von Biomolekülen gelten als vielversprechend für die Phototherapie bösartiger Tumore. Aktuelle supramolekulare Biomaterialien weisen jedoch in erster Linie eine schlechte Gewebepenetration und unzureichende Tumorakkumulation auf und vernachlässigen insbesondere die einzigartigen Vorteile der Chiralität, was ihre phototherapeutische Wirksamkeit erheblich einschränkt.

Bisher war die Entwicklung von lichtempfindlichen supramolekularen Biomaterialien im Nahinfrarot-Bereich, die zirkular polarisiert sind und über hervorragende chiroptische NIR-Eigenschaften und eine verbesserte phototherapeutische Leistung verfügen, eine Herausforderung.

In einem Studie veröffentlicht in Nano heuteEine Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Chen Xueyuan vom Fujian Institute of Research on the Structure of Matter (FJIRSM) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat ein neuartiges, auf NIR-CP-Licht reagierendes hybrides CuInSe2@ZnS-Quantenpunkt-Hydrogel (CISe@ZnS QDs) (QDs@L/D-Gel) entwickelt, um bei Bestrahlung mit 808-nm-CP-Licht eine deutlich verbesserte therapeutische Wirksamkeit in vitro und in vivo zu erzielen.

Die Forscher stellten das QDs@L/D-Gel her, indem sie die Selbstassemblierung zwischen CISe@ZnS QDs und Aminosäurevorläufern nutzten. Das erhaltene QDs@L/D-Gel zeigte eine ausgeprägte chiroptische NIR-Aktivität (|gabs| bis zu 1,3 × 10-2 und |glum| bis zu 3,4 × 10-3), eine deutlich verbesserte photothermische Umwandlungseffizienz (PCE) von 43 % und eine erhöhte Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) bei Belichtung mit 808 nm CP-Licht.

Dank der verbesserten phototherapeutischen Wirksamkeit von NIR-CP-Licht, der stark verbesserten Tumorretention (> 72 Stunden) und der überlegenen Biokompatibilität konnten die Forscher bei mit QDs@L-Gel behandelten Mäusen nach der NIR-CP-Lichtbehandlung eine deutlich verbesserte phototherapeutische Wirksamkeit (Tumorhemmungsrate = 83 %) beobachten, ohne dass dabei toxische Nebenwirkungen auftraten. Damit wurde die Wirksamkeit des identischen Materials, das linear polarisiertem (LP) Licht ausgesetzt war, das direkt von einem 808-nm-Lasergerät ausgestrahlt wurde, übertroffen.

Zusätzlich führten die Forscher Zirkulardichroismus-Spektren (CD-Spektren) durch, um die supramolekulare Konformation der erhaltenen hybriden QD-Hydrogele zu untersuchen. Die spiegelsymmetrischen CD-Kurven von L-Gel und D-Gel zeigten, dass sich L-Gel und D-Gel jeweils aus entgegengesetzten chiralen Einheiten selbst zusammensetzten.

Diese Studie bietet einen innovativen Blick auf die Nutzung von NIR-CP-Licht zur Erzielung einer rationelleren und wirksameren Phototherapie und beschleunigt so die klinische Umsetzung von Materialien auf Biomolekülbasis für vielseitige biomedizinische Anwendungen.