Gas-Flüssigkeits-Grenzflächen erreichen ein besonderes Interesse in der Biomedizin. Mikrobläschen, Ultraschallkontrastmittel der klinischen Routine, erlangten aufgrund der erhaltenen akustischen Reaktion, der Fähigkeit zur Wirkstoffkonjugation und der Anwendbarkeit bei der Öffnung biologischer Barrieren zunehmende Aufmerksamkeit als theranostische Plattformen.
Wissenschaftler von Skoltech, MIPT, Prokhorov General Physics Institute of RAS und mehreren anderen Institutionen haben gezeigt, dass Mikrobläschen aus einem Protein namens Albumin effiziente Träger für die Abgabe von photodynamischen Wirkstoffen sind, bei denen es sich um Medikamente handelt, die in der Moderne verwendet werden Anti-Krebs-Therapie das viele der Nebenwirkungen von Chemo- und Strahlentherapie vermeidet.
Der Hauptforscher der Studie, Professor Dmitry Gorin von Skoltech Photonics, kommentierte: „Bei der photodynamischen Therapie wird eine photosensibilisierende Verbindung in den Blutkreislauf injiziert und der Tumor entweder durch die Haut oder mit einem Endoskop mit Licht beleuchtet, dessen Wellenlänge der Verbindung entspricht. Nach Aufnahme der Lichtenergie durch das Sensibilisierungsmittel entstehen freie Radikale und eine aggressive Form von Sauerstoff, die Zellen im belichteten Bereich sehr gezielt abtöten.“
Der Hauptautor des Papiers, Skoltech MSc-Absolvent Roman Barmin, sagte: „Was wir in dieser Studie getan haben, ist, dass wir an zwei beliebten Photosensibilisatoren gezeigt haben, dass ihre Bindung an Albumin, ein Rinderserumprotein, zu ihrer größeren Photoaktivität führt, und das Aufschlagen des Protein-Wirkstoff-Konjugats zu Blasen zu einer noch größeren Effizienzsteigerung führt. Dies könnte genutzt werden, um die photodynamische Krebstherapie voranzubringen.“
In dem Experiment verwendeten die Wissenschaftler zwei kommerzielle photosensibilisierende Substanzen, um die kovalente Bindung von Albumin an Zinkphthalocyanin und seine elektrostatische Bindung an Aluminiumphthalocyanin zu zeigen. Ersteres ist ein klinisch zugelassenes photodynamisches Behandlungsmittel, letzteres befindet sich noch in der klinischen Erprobung. Um Luftblasen „aufzupeitschen“, wurde die Phthalocyanin-Albumin-Lösung Ultraschall mit der richtigen Frequenz und Temperatur ausgesetzt.
Barmin bemerkte, „Während die Abgabe von Mikrobläschen im Allgemeinen ein beliebter Ansatz ist, ist diese Studie die erste, die Albuminbläschen im Zusammenhang mit der photodynamischen Therapie verwendet und mit den beiden von uns in Betracht gezogenen Phthalocyaninen arbeitet. Die Idee hinter der Abgabe von Mikrobläschen ist, dass die Hülle einer Luftblase die Moleküle photodynamischer Wirkstoffe dicht packen kann und die Bläschen bequem durch medizinischen Ultraschall auf kontrollierte Weise zum Platzen gebracht werden können, um das Medikament freizusetzen.“
Professor Dmitry Gorin von Skoltech Photonics kommentierte: „Tests zeigten, dass die Wirkstoffabgabe an die Zellen erfolgreich war. Unser nächstes Ziel ist ein tieferes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Mikrobläschen und Zellen, um die therapeutische Leistung zu verbessern.“
Nach der Untersuchung der Eigenschaften von Mikrobläschen kam das Team zu dem Schluss, dass photodynamisch konjugierte Mikrobläschen ein verbessertes physikochemisches Eigenschaftsprofil aufweisen: Die Bläschen behalten den gleichen mittleren Durchmesser wie ihre phthalocyaninfreien Gegenstücke (die in der Ultraschallbildgebung verwendet werden), was für die Steuerung ihrer Leistung vorteilhaft ist, während sie bei der gleichzeitig eine höhere Blasenkonzentration und Lagerstabilität.
Barmin sagte, „Die nächste Frage war: Werden Mikrobläschen die Effizienz der von ihnen abgegebenen photodynamischen Wirkstoffe erhöhen? Unsere Kollegen vom Prokhorov General Physics Institute haben eine Technik entwickelt, die eine Suspension roter Blutkörperchen verwendet, um genau das zu testen. Das Ergebnis war eindeutig: Bei beiden Wirkstoffen erwies sich der Phthalocyanin-Albumin-Komplex als wirksamer als reine Phthalocyanine, und die Abgabe von Mikrobläschen verstärkte die Photoaktivität des Arzneimittels weiter. Dies resultiert aus der dichten Molekülpackung in der Mikrobläschenhülle.“
Journal Referenz:
- Roman A. Barmin, Elizaveta A. Makismova et al. Albumin-Mikrobläschen, konjugiert mit Zink- und Aluminiumphthalocyanin-Farbstoffen für verbesserte photodynamische Aktivität. Kolloide und Oberflächen B: Biointerfaces. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2022.112856
