Die Phototherapie ist eine sichere und wirksame Methode zur Tumorbehandlung, zu der auch die photothermische Therapie (PTT) und die photodynamische Therapie (PDT) gehören. Bei der PTT wird ein Laser eingesetzt, um photothermische Umwandlungsmittel zu aktivieren und Tumorzellen durch hohe Temperaturen abzutöten, während bei der PDT Photosensibilisatoren zur Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) angeregt werden, um Tumorzellen abzutöten.
Studien haben das kombinierte therapeutische Potenzial von PTT/PDT gezeigt. Aufgrund des niedrigen Sauerstoffgehalts in Tumoren ist eine Monotherapie jedoch häufig nicht ausreichend, um effiziente und langfristige therapeutische Wirkungen auf Tumoren zu erzielen.
Gleichzeitig ist die Fähigkeit der Phototherapie, eine Immunreaktion gegen Krebs auszulösen, begrenzt, und eine lokale Immunstimulation kann die systemische Anti-Tumor-Immunreaktion nur schwer aktivieren. Um die Fähigkeit der Phototherapie, eine systemische Immunreaktion zu stimulieren, zu verbessern, bedarf es weiterer Forschung.
Stickstoffmonoxid (NO) hat in den physiologischen und pathologischen Prozessen des menschlichen Körpers vielfältige Funktionen. Zwischen NO und den durch die PDT erzeugten reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) kommt es zu einer entscheidenden Wechselwirkung zur Bildung reaktiver Stickstoffspezies (RNS).
Diese RNS könnten die Wirksamkeit der PDT unter hypoxischen Bedingungen durch das Abtöten von Tumorzellen steigern und gleichzeitig die Immunantwort erheblich beeinflussen.
Die vorliegende Studie zeigt, dass RNS immunsuppressive Zellen unterdrücken und tumorassoziierte Makrophagen in M1-ähnliche Phänotypen polarisieren kann. Daher hat die Strategie der NO/ROS/RNS-Kaskadengenerierung großes Potenzial zur Aktivierung systemischer, langfristiger Anti-Tumor-Immunreaktionen.
Die Erzeugung von RNS wird allerdings dadurch erschwert, dass Ort und Zeitpunkt der NO-Freisetzung schwer genau zu kontrollieren sind, sowie durch die kurze Lebensdauer (normalerweise 3–6 ms) und den begrenzten Diffusionsbereich (~ 20 nm) von Singulett-Sauerstoff.
Durch die Verwendung von Nanopartikeln zur gleichzeitigen Abgabe von NO-Donor und Photosensibilisator und die gleichzeitige Anwendung einer Laserbestrahlung auf die Tumorstelle zur Einleitung von PTT/PDT kann vor Ort eine Kaskade der NO/ROS/RNS-Freisetzung erreicht werden, die die RNS-Produktion und die Anti-Tumor-Wirksamkeit deutlich verbessern kann.
Die Autoren einer neuen Studie schlagen einen NIR-Trigger-aktivierten reaktiven Stickstoff-Nanoreaktor (PBNO-Ce6) vor, der gleichzeitig Stickoxid (NO), reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und reaktive Stickstoffspezies (RNS) vor Ort produzieren kann, um Tumorzellen in vivo abzutöten, die lokale und systemische langfristige Anti-Tumor-Immunantwort zu verstärken und das Gewebe vor dem erneuten Angriff von Tumoren zu schützen. Das Papier ist veröffentlicht im Journal Optoelektronische Fortschritte.
Dieser Nanoreaktor basiert auf Preußischblau-Nanopartikeln (PB). PBNO-Nanopartikel, die nach Laserstimulation NO freisetzen können, wurden zunächst durch Dotierung der Kristallstruktur von PB mit Natriumnitroprussid (SNP) als NO-Donor synthetisiert. Anschließend wurde der Photosensibilisator Ce6 auf die Oberflächenmesoporen der Nanopartikel geladen, um eine PTT/PDT-Kombinationstherapie zu erreichen.
Das freigesetzte NO verbindet sich mit von Photosensibilisatoren produzierten ROS zu RNS, was die photodynamische/photothermische therapeutische Wirkung auf Tumore erheblich verbessert und die Anti-Tumor-Immunantwort aktiviert.
Es wurde bestätigt, dass PBNO-Ce6 durch Laserbestrahlung erwärmt wurde und die tumortötende Wirkung von NO in Kombination mit ROS in vitro und in vivo im Vergleich zur Monotherapie signifikant erhöht war. Wie die Ergebnisse der Färbung lebender und toter Zellen und der Durchflusszytometrie zeigten, induzierte PBNO-Ce6 mehr Apoptose in Tumorzellen.
Von größerem Interesse war seine Fähigkeit, die Aktivierung der Immunantwort zu modulieren. Die Behandlung mit PBNO-Ce6 führte zu einer signifikanten 2,7-fachen Zunahme der zytotoxischen T-Lymphozyten und einer 62-prozentigen Verringerung der regulatorischen T-Zellen im Vergleich zur Kontrollgruppe PB-Ce6 (mit Ce6 beladene Berliner Blau-Nanopartikel), was auf eine deutliche Verbesserung gegenüber der herkömmlichen PTT/PDT hindeutet.
PBNO-Ce6 fungiert als beispielloser NIR-gesteuerter RNS-Nanoreaktor mit synergistischen photodynamischen/photothermischen Effekten und starker immunstimulierender Aktivität. Diese Designstrategie kann als vielseitige Plattform in Kombination mit Immuncheckpoint-Inhibitoren oder Chemotherapie eingesetzt werden, um die Prognose von Krebserkrankungen weiter zu verbessern.
Mehr Informationen:
Ziqing Xu et al., NIR-getriggerter NO/ROS/RNS-Nanoreaktor vor Ort: Kaskadenverstärkte photodynamische/photothermische Therapie mit Aktivierung lokaler und systemischer Immunreaktionen, Optoelektronische Fortschritte (2024). DOI: 10.29026/oea.2024.240013
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