Skip to main content

Getting new insights into the radio-sensitization effects of nanoparticles in photon and charged particle therapy

Article Category

Article available in the folowing languages:

Lepsza skuteczność radioterapii dzięki nanocząsteczkom

Blisko 50 % pacjentów z nowotworem korzysta na którymś etapie choroby z radioterapii, co czyni z niej jedną z najważniejszych pozachirurgicznych metod leczenia raka. Niedawne postępy w zakresie radioterapii opierają się na łączeniu nanocząsteczek w celu poprawy wyników leczenia w przypadku chorób o złych rokowaniach, takich jak glejak.

Zdrowie

Mimo że postępy technologiczne w tej dziedzinie ograniczyły ryzyko powikłań w zdrowych tkankach, leczenie guzów opornych na radioterapię nadal pozostaje wyzwaniem. W ostatnich latach naukowcy odnotowali wzrost skuteczności radioterapii z wykorzystaniem nanocząsteczek. Oprócz fizycznego wpływu (precyzyjniejsze określenie dawki) nanocząsteczki mogą wchodzić w interakcje z podstawowymi makrocząsteczkami biologicznymi, wywołując zmiany biochemiczne w komórkach i zwiększając efekt procesu naświetlania. Faktem pozostaje jednak, że mechanizmy leżące u podstaw takiego działania nie są w pełni znane.

Wgląd w biochemiczny wpływ nanocząsteczek

Twórcy projektu NANOCANCER, realizowanego przy wsparciu programu „Maria Skłodowska-Curie”, chcieli zadać mechanizmy, poprzez które nanocząsteczki sprawiają, że komórki nowotworowe są wrażliwe na radioterapię. Wielkość nanocząsteczek wynosi od 1 do 100 nm. Gromadzą się one w guzie chętniej niż w innych częściach ciała, czy to poprzez aktywne ukierunkowywanie, czy też z powodu fenomenu zwanego zwiększoną przepuszczalnością i retencją. Zapewniają one większy zakres penetracji komórek nowotworowych i ograniczenie skutków ubocznych dla prawidłowych komórek niż konwencjonalne czynniki zwiększające wrażliwość na radioterapię. Aby objaśnić uszkodzenia komórkowe na poziomie cząsteczkowym wywołane przez nanocząsteczki, partnerzy projektu wykorzystali mikrospektroskopię w podczerwieni opartą na transformacji Fouriera oraz na promieniowaniu synchrotronowym (SR-FTIRM) jako narzędzie bioanalityczne. Ta technika wibracyjna umożliwia rozpoznanie składu chemicznego i struktury cząsteczek biologicznych z wykorzystaniem podczerwieni. Badacze naświetlili komórki glejaka zawierające nanocząsteczki gadolinu i złota kilkoma rodzajami medycznych promieni jonizujących, takich jak fotony, protony i cięższe jony. Przeprowadzając analizę głównych składników, zbadali oni różnice w składzie komórek. „Naszym celem było ustalenie wpływu biochemicznego radioterapii opartej na nanocząsteczkach na główne biocząsteczki komórek, takie jak DNA, lipidy i białka”, wyjaśnia Imma Martínez-Rovira, stypendystka programu „Maria Skłodowska-Curie”. Badacze odkryli, że nanocząsteczki wywołały modyfikacje ważne dla właściwej struktury białek komórkowych, wpływając jednocześnie na strukturę i długość łańcucha różnych lipidów. W przypadku DNA nanocząsteczki spowodowały szereg zmian strukturalnych i konformacyjnych, a także zwiększyły uszkodzenia DNA. Wszystkie te zmiany cząsteczkowe wywołane przez nanocząsteczki doprowadziły do zwiększenia produkcji reaktywnych form tlenu (RFT) i odpowiedzi na uszkodzenia DNA. Co więcej, zwiększające podatność działanie radioterapii i nanocząsteczek było właściwe dla określonego typu i zależało od typu komórki oraz konfiguracji napromieniowania.

Znaczenie projektu NANOCANCER i przyszłe prognozy

Wyniki projektu dotyczące zmian biochemicznych wywołanych nanocząsteczkami rzuciły światło na dotąd mało znany proces. Dodatkowo przygotowały grunt pod zwiększenie indeksu terapeutycznego radioterapii i zwiększenia zakresu niszczonych komórek raka. Jest to istotne szczególnie w odniesieniu do leczenia chorób, dla których rokowania są złe, takich jak nowotwory oporne na naświetlanie. „Monitorowanie zmian biochemicznych opartych na nanocząsteczkach to złożone zadanie wymagające zbadania szerokiej gamy procesów. Dlatego też gwarantuje ono konieczność prowadzenia dalszych badań”, podkreśla koordynator projektu, Ibraheem Yousef. Niemniej jednak twórcy projektu podkreślili znaczenie techniki SR-FTIRM w ocenie reakcji komórek na innowacyjne podejścia do radioterapii. Ogólnie rzecz biorąc, multidyscyplinarne podejście stosowane w projekcie NANOCANCER, zakładające współpracę partnerów z sektora akademickiego i klinicznego, pozwoliło uzyskać wiedzę przydatną w wielu dziedzinach. Jest to konieczne dla lepszego zrozumienia nowotworu, a także dla opracowania innowacyjnych metod leczenia choroby i opieki nad chorymi. Zważywszy na liczbę osób przechodzących radioterapię oraz powiązany koszt społeczno-ekonomiczny, usprawnione metody leczenia są potrzebne już od dawna.

Słowa kluczowe

NANOCANCER, radioterapia, nanocząsteczki, glejak, DNA, lipid, białko

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania