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如何关闭癌细胞的发电站

一种新兴的纳米医学癌症治疗方法涉及注射携带可毒化癌细胞的化合物的微小纳米粒子,具有许多好处。这种所谓的光动力疗法 (PDT) 是无毒的,并且不涉及侵入性手术。由埃因霍温科技大学的 Jan van Hest 领导的团队与来自中国和英国的研究人员合作设计了一种新的 PDT 纳米粒子,以一种新颖的方式攻击癌细胞:它们进入细胞并关闭它们的发电站——它们的线粒体——制造治疗更有效。这项新研究已发表在Angewandte Chemie 上。

想象一个由一组发电站供电的城市。如果所有车站因故同时关闭,则全市范围将停电。城市会停滞不前,可能会出现混乱,但最重要的是,城市不会发挥城市应有的功能。

我们身体的每个细胞都可以看作是一座小城。细胞包含细胞器,如细胞核和核糖体,而不是建筑物。细胞的“发电站”是线粒体,它以三磷酸腺苷 (ATP) 的形式产生燃料。如果线粒体突然关闭,那么细胞将面临一定的死亡——无论是健康细胞还是癌细胞。

这正是 TU/e 复杂分子系统研究所 (ICMS) 的负责人 Jan van Hest 及其研究团队与来自中国和英国的研究人员合作的目标,旨在为一种新兴的癌症治疗提供一种新方法,称为光动力学治疗(PDT)。

光动力疗法

PDT 是一种无毒、非侵入性的替代疗法,可以替代目前用于消除癌细胞的疗法,例如化疗、放疗和择期手术。对于患者来说,这些治疗可能会产生许多影响他们生活质量的副作用,但幸运的是,正在开发较少磨损的选择。

在 PDT 中,患者被注射带有光敏剂(一种对光起反应的材料)的微小纳米颗粒。当纳米颗粒聚集在癌细胞附近时,它们会被激光照射并产生一种特定形式的氧气,这对癌细胞是有毒的并最终导致它们死亡。

在 TU/e,Jan van Hest 和他的研究小组一直在改进 PDT 方法方面取得稳步进展,正如去年发表在ACS Nano上的一项研究所证明的那样。

关闭癌细胞

然而,通过设计 PDT 纳米粒子进入癌细胞并破坏其供电线粒体,细胞可以迅速“断电”,PDT 治疗的有效性将大大提高。换句话说,纳米粒子可以更有针对性和更快的方式杀死癌细胞。

“这项研究的主要挑战是弄清楚如何在癌细胞内获得 PDT 纳米颗粒,并在进入细胞后将纳米颗粒引导至线粒体,”van Hest 说。“一旦接近线粒体,纳米颗粒的光敏剂货物就可以用光激活,然后毒化线粒体的微环境并关闭细胞最重要的电源。”

荧光的重要性

该团队开发了一种将纳米粒子制造为可生物降解的聚合物囊泡、可携带药物、蛋白质或光敏剂的空球体的方法。

然而,与以前的纳米粒子不同,新版本的设计是在组装它们的构建块时发出荧光。

这种荧光过程被称为聚集诱导发射,发射响应使得追踪纳米颗粒在组织中的位置变得更加容易。

为了快速将纳米粒子引导至细胞内的线粒体,研究小组将吡啶鎓分子附着在纳米粒子的表面。一旦纳米颗粒在线粒体中聚集,它们的光敏剂货物就可以被激光激活,并有效地毒害癌细胞中的微环境。新的研究已经成功地在体外和体内实验中证明了这一过程。

考虑未来的治疗

尽管如此,van Hest 很快指出,虽然 PDT 是一种革命性的新型非侵入性治疗方法,但仍然需要其他治疗方法。“这项工作是开发有效 PDT 纳米粒子的下一步。作为一种治疗方法,它与现有疗法结合使用效果最佳。重要的是,它将减少对放射治疗和化学疗法的依赖,这只会对患者有益。”

“我们仍然需要更有选择性和更有效的疗法来治疗癌症。PDT 在靶向和消除癌细胞方面具有选择性和准确的潜力,”van Hest 补充道。“这项研究表明,在杀死癌细胞方面,我们可以有效地设计构建自组装纳米粒子所需的材料。”

当然,这些发现激发了对纳米颗粒、它们的追踪和功效的进一步研究和开发。

但是,当涉及到线粒体或癌症的发电站细胞,他们的未来是不是看起来很明亮。他们的灯可能快要熄灭了。

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