บาคาร่าเว็บตรง อนุภาคนาโนที่ให้ออกซิเจนช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของการบำบัดด้วยโฟโตไดนามิก

บาคาร่าเว็บตรง การบำบัดด้วยโฟโตไดนามิก (PDT) คือการรักษามะเร็งที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งใช้ปฏิกิริยาเคมีระหว่างแสง ยาที่ไวต่อแสง (สารไวแสง) และออกซิเจนเพื่อทำลายเนื้องอก โมเลกุลไวแสงจะสะสมอยู่ในเนื้องอกแล้วกระตุ้นโดยใช้แหล่งกำเนิดแสงภายนอก เมื่อเปิดใช้งาน photosensitizer จะโต้ตอบกับโมเลกุลของออกซิเจนเพื่อสร้างออกซิเจน singlet ที่มีปฏิกิริยาซึ่งฆ่าเซลล์ที่ผิดปกติ

แม้ว่า PDT ได้พิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสูง

ในการรักษาเนื้องอกมะเร็งหลายประเภท แต่ประสิทธิภาพในการรักษาส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมจุลภาคของเนื้องอก สำหรับเนื้องอกที่ขาดออกซิเจนซึ่งแสดงการขาดออกซิเจน กระบวนการ PDT อาจไม่ได้ผล เนื่องจากการผลิตออกซิเจนชนิดปฏิกิริยาที่เป็นพิษต่อเซลล์นั้นจำเป็นต้องมีออกซิเจนระดับโมเลกุลเพื่อโต้ตอบกับสารกระตุ้นแสง ผลที่ได้คือ เนื้องอกที่ขาดออกซิเจนสามารถพิสูจน์ได้ว่าดื้อต่อ PDT

เพื่อจัดการกับอุปสรรคนี้ ทีมนักวิจัยของสหรัฐฯ ได้พัฒนานาโนดร็อปเล็ต theranostic perfluorocarbon แบบใหม่ที่ทำหน้าที่เป็นพาหะของออกซิเจน โมเลกุลของสารไวแสง และอินโดไซยานีนสีเขียว (ICG) ซึ่งช่วยให้ส่งออกซิเจนไปยังเนื้องอกได้โดยใช้แสงกระตุ้น นักวิจัยได้เผยแพร่ผลการวิจัยของพวกเขาในPhotoacoustics

สูตรนาโนดรอปเล็ต

ผู้เขียนคนแรกMarvin Xavierselvanและผู้เขียนอาวุโสSrivalleesha MallidiจากiBIT Labและภาควิชาวิศวกรรมชีวการแพทย์ที่ Tufts University ร่วมกับทีมงานที่NanoHybridsได้สร้าง nanodroplets สามตัวแทนโดยมีจุดประสงค์เพื่อเพิ่ม PDT ในเนื้องอกที่ขาดออกซิเจน

กลุ่มนี้ประดิษฐ์ nanodroplets ที่มีเพอร์ฟลูออโรเพนเทน (PFP) ซึ่งมีความสามารถในการละลายออกซิเจนและความสามารถในการบรรทุกสูง ทำให้เหมาะสำหรับการบรรทุกออกซิเจน นอกจากนี้ การวิจัยก่อนหน้านี้ยังแสดงให้เห็นว่าอายุการใช้งานของออกซิเจนเดี่ยวที่ผลิตขึ้นหลังจากการกระตุ้นด้วยสารไวแสงจะอยู่ใน PFP นานกว่าในสภาพแวดล้อมของเซลล์ ดังนั้นนักวิจัยเชื่อว่า PFP nanodroplets อาจเป็นประโยชน์สำหรับการส่งออกซิเจนและสารไวแสงเฉพาะที่

นาโนดรอปเล็ตยังมีความสามารถในการตรวจสอบ

การดูดซึมและการเปลี่ยนแปลงของระดับออกซิเจนของเนื้องอกในแบบเรียลไทม์ เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ กลุ่มได้สังเคราะห์นาโนดรอปเล็ตที่มี ICG ซึ่งเป็นสารวินิจฉัยทางแสงที่มีจุดสูงสุดการดูดกลืนในบริเวณอินฟราเรดใกล้ (NIR) โดยทั่วไปแล้ว ICG จะใช้เป็นตัวแทนคอนทราสต์แบบ photoacoustic เนื่องจากดูดซับแสงมากกว่าเนื้อเยื่อชีวภาพใน NIR และสร้างคลื่นเสียงเมื่อมีการกระตุ้น สัญญาณนี้สามารถตรวจจับได้โดยเครื่องแปลงสัญญาณอัลตราซาวนด์และวิเคราะห์เพื่อกำหนดระดับของออกซิเจน – ดังนั้นจึงเป็นการแนะนำภาพแบบโฟโตอะคูสติก

การดูดกลืนแสงโดย ICG ยังสามารถสร้างความร้อน ซึ่งจะทำให้ละออง PFP ระเหย นำไปสู่การส่งสารไวแสงที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่น สำหรับการศึกษานี้ นักวิจัยได้รวมตัวรับแสงจากอนุพันธ์เบนโซพอร์ไฟริน (BPD) ที่มีการดูดซับลักษณะเฉพาะที่ 690 นาโนเมตรภายในนาโนดรอปเล็ต

ฟังก์ชันนาโนดรอปเล็ต

นักวิจัยได้สาธิตความสามารถของ nanodroplets ในการส่งออกซิเจนในรูปแบบ murine ของมะเร็งศีรษะและคอ การถ่ายภาพด้วยแสงหลังจากฉีด nanodroplets พบว่าการเพิ่มออกซิเจนของเนื้องอกโดยรวม พวกเขายังวัดปริมาณออกซิเจนภายในบริเวณต่างๆ ของเนื้องอกก่อนและหลังการให้ยานาโนดรอปเล็ต นี่แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มขึ้นของออกซิเจนนั้นจำเพาะต่อบริเวณเนื้องอกที่ขาดออกซิเจน ในขณะที่บริเวณที่มีออกซิเจนสูงยังคงระดับที่คงที่

นอกเหนือจากการให้ออกซิเจนที่ประสบความสำเร็จแล้ว PFP nanodroplets ที่มี ICG ยังสามารถเพิ่มความคมชัดของเนื้องอกในภาพ photoacoustic โดยใช้แหล่งกำเนิดแสง 800 นาโนเมตร การเพิ่มความคมชัดนี้ยังสังเกตได้จากภาพอัลตราซาวนด์การบริหารหลังการให้นาโนดรอปเล็ต

เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของ PDT กับ nanodroplets 

ที่อุดมด้วยออกซิเจนนักวิจัยได้ให้ nanodroplets PFP, PFP-BPD และ PFP-BPD-ICG กับหนูด้วยอัตราส่วน BPD-ICG ที่ 1: 1 และ 1: 2 หลังจากการฉายรังสีเนื้องอกด้วยเลเซอร์ 690 นาโนเมตร พวกเขาเฝ้าติดตามสัตว์ทุกสองสัปดาห์นานถึง 15 วัน

ตามที่คาดไว้ ไม่พบการตอบสนองต่อการรักษาสำหรับ nanodroplets ที่ขาดทั้ง BPD และ ICG แม้ว่าจะมีการตอบสนองในระดับปานกลางสำหรับ nanodroplets ที่มี ICG “เนื่องจาก ICG มีการดูดซับที่ต่ำที่ 690 นาโนเมตร ICG อาจมีความตื่นเต้นน้อยที่สุดและทำให้เกิดปฏิกิริยา photothermal ที่ความยาวคลื่นนี้” Xavierselvan กล่าว การตอบสนองทางการรักษาในสัตว์ที่ได้รับ PFP-BPD-ICG นั้นมีประสิทธิภาพดีกว่า Visudyne ซึ่งเป็นตัวกระตุ้นแสงทางคลินิก เนื่องจากมีความสามารถในการผลิตออกซิเจนจากสายเดี่ยวมากขึ้น

สุดท้าย ทีมงานทราบว่าการใช้ BPD-ICG ที่มีอัตราส่วนการโหลด 1:2 ไม่ได้ก่อให้เกิดการตอบสนองต่อการรักษา เป็นการยืนยันว่าความเข้มข้นของ ICG ที่สูงขึ้นภายใน nanodroplets สามารถลดประสิทธิภาพในการรักษาของ BPD ได้ อัตราส่วนการโหลด BPD-ICG ที่ 1:1 แสดงการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญในประสิทธิภาพการรักษา – โดยให้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกับการใช้ BPD เพียงอย่างเดียว “เมื่อรวมสาร theranostic หลายตัวไว้ในพาหะเดียว สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือต้องปรับความเข้มข้นในการโหลดของสารต่างๆ ให้เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่ามีการตอบสนองที่เหมาะสมที่สุด” Mallidi อธิบาย

อนาคตของ nanodroplets สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพออกซิเจน

nanodroplets ใหม่นี้มีประโยชน์ที่ชัดเจนในการเพิ่มประสิทธิภาพ PDT โดยการกำหนดเป้าหมายบริเวณเนื้องอกที่ขาดออกซิเจน “นาโนดร็อปเล็ตเหล่านี้ทำมาจากวัสดุที่เข้ากันได้ทางชีวภาพและได้รับการรับรองทางคลินิกซึ่งอาจช่วยให้สามารถเปลี่ยนไปใช้คลินิกได้” มัลลิดีกล่าว

ในอนาคต นักวิจัยตั้งเป้าที่จะใช้ความเปรียบต่างของโฟโตอะคูสติกจากนาโนดรอปเล็ตเพื่อปรับแต่งขนาดยา PDT ตามปริมาณการรับแสงและปริมาณออกซิเจน ทีมงานยังจินตนาการถึงการใช้อนุภาคเหล่านี้ในการรักษามะเร็งอื่นๆ เช่น การฉายรังสี ซึ่งออกซิเจนเป็นส่วนประกอบสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพ บาคาร่าเว็บตรง