Diagramma schematico di MS NP che fungono da DOA intratumorale per una terapia specifica contro la fame di cancro. Attivato dal microambiente tumorale acido, le MS NP producono silano reattivo per dare luogo a un efficiente effetto di deossigenazione e producono in situ bloccanti SiO2 nei capillari sanguigni tumorali, che successivamente impediscono la riossigenazione indesiderata. Il tumore deossigenato senza ulteriore apporto di ossigeno soffocherà in assenza del metabolismo energetico necessario. MS NP qui sono le nanoparticelle Mg2Si modificate con PVP.
(Phys.org)—Una terapia target nella ricerca sul cancro è soffocare il tumore. Le cellule hanno bisogno di ossigeno per sopravvivere, quindi i ricercatori si sono concentrati sui metodi per interrompere l'afflusso di sangue al tumore. Pochissime ricerche hanno coinvolto la rimozione diretta dell'ossigeno all'interno del tumore.
A tal fine, un gruppo di ricercatori dello Shanghai Institute of Ceramics, L'Accademia cinese delle scienze e la East China Normal University hanno sviluppato un agente di deossigenazione utilizzando Mg modificato con polivinil pirrolidone 2 nanoparticelle di silicio. Questo agente è sensibile al pH, consuma in modo efficiente l'ossigeno, e uno dei prodotti del consumo di ossigeno forma anche aggregati che potrebbero potenzialmente bloccare i vasi sanguigni. Studi preliminari sui topi mostrano ipossia tumorale e buona biocompatibilità. Il loro lavoro appare in Nanotecnologia della natura .
Ci sono diverse qualità importanti per un buon agente affamato di tumore. Per uno, l'agente deve essere biocompatibile che nega l'uso di metalli pesanti per l'assorbimento di ossigeno. Inoltre, l'agente deve essere efficiente nella deossigenazione e fungere da spazzino di ossigeno a lungo termine, compresa la prevenzione della riossigenazione dei tumori deossigenati attraverso i vasi sanguigni non danneggiati. E, come sempre, qualsiasi trattamento contro il cancro deve colpire i tumori senza danneggiare i tessuti sani, e l'agente dovrebbe essere facilmente iniettabile con la siringa.
Nella ricerca attuale, Zhang et al. sviluppato polivinil pirrolidina (PVP)-Mg . modificato 2 Nanoparticelle di silicio che hanno molte delle qualità per un buon agente affamato di tumore. È importante sottolineare che i componenti principali, magnesio, biossido di silicio, e l'acqua sono biocompatibili. Inoltre, il meccanismo di reazione forma un O . altamente reattivo 2 spazzino, SiH 4 , che serve a rendere queste nanoparticelle altamente efficienti nell'eliminazione dell'ossigeno.
Per produrre nanoparticelle iniettabili, Zhang et al. sviluppato una sintesi ad alta temperatura autopropagante in un'atmosfera ossigeno-argon. Questo permette alle nanoparticelle di rimanere disperse nel liquido, piuttosto che formare grappoli, in modo che siano iniettabili nei tessuti. Questa sintesi sfrutta la formazione del sottoprodotto MgO che blocca la continua formazione di Mg 2 Si aggregati.
Parte del meccanismo di reazione prevede la formazione di Si 4- , che è molto sensibile all'acido. Questo è importante perché l'ambiente tumorale tende ad essere acido rispetto al tessuto normale (pH~6,4), e la sensibilità al pH può aiutare con la specificità dei tessuti. Per studiare la sensibilità al pH del loro agente di deossigenazione, Zhang et al. hanno messo le loro nanoparticelle in una sacca per dialisi, che sono stati poi immersi in soluzioni tampone di vari valori di pH all'interno di provette chiuse. In condizioni acide, le nanoparticelle hanno diminuito irreversibilmente il livello di ossigeno, ma non erano reattivi a pH neutro. Per di più, SiO 2 aggregati formati in situ che servivano a bloccare un capillare simulato.
Ulteriori studi hanno dimostrato che MgSi 2 le nanoparticelle hanno dimostrato una citotossicità molto ridotta fino a quando non hanno incontrato l'ambiente acido della cellula cancerosa. Utilizzando cellule di adenocarcinoma mammario umano MCF-7, Zhang et al. hanno osservato che la combinazione di acido e nanoparticelle ha portato a un'ipossia efficiente per le cellule. Per di più, la proliferazione cellulare è diminuita, che è probabilmente dovuto al danno mitocondriale da deossigenazione.
Studi in vivo su topi portatori di xenotumore 4T1 bilaterali hanno dimostrato che Mg 2 Le nanoparticelle di silicio sono servite come agenti di deossigenazione efficienti. Ogni topo è stato iniettato con l'agente di deossigenazione delle nanoparticelle nel tumore destro e con una soluzione salina come controllo nel tumore sinistro. Le misurazioni dei livelli di saturazione di ossigeno nel sangue dopo dieci minuti hanno mostrato pochi cambiamenti nel tumore di controllo e una drastica riduzione dell'ossigeno nel tumore di prova. La riduzione dell'ossigeno è continuata per tre ore nel tumore testato fino a quando i test sia sull'ossigeno legato all'emoglobina che sull'ossigeno nel sangue hanno mostrato una completa deplezione all'interno del tumore. In particolare, Le immagini PET/TC mostrano che l'ipossia si è verificata all'interno del tumore e non nei tessuti circostanti.
Ulteriori osservazioni dallo studio in vivo hanno mostrato che i tumori che hanno ricevuto Mg 2 Le nanoparticelle di silicio hanno dimostrato un tasso di crescita più lento rispetto ai controlli e dopo ventiquattro ore, sebbene la proliferazione cellulare non sia stata rallentata in modo così significativo come negli studi in vitro. Queste cellule hanno mostrato segni di fibrosi, necrosi, e apoptosi. Inoltre, il magnesio è stato rapidamente eliminato dal corpo mentre il silicio è stato infine eliminato.
Globale, questa ricerca fornisce una prova convincente per l'uso di Mg . modificato con PVP 2 Nanoparticelle di silicio come potenziali candidati per l'uso come agente deossigenante mirato al tumore. Gli autori sottolineano che la ricerca futura implicherebbe l'esplorazione delle modifiche superficiali delle nanoparticelle per adattare il periodo di tempo in cui le nanoparticelle possono viaggiare attraverso il flusso sanguigno.
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