Metallfrie grafenkvanteprikker viser potensial for kreftbehandling – Physics World

Metallfrie grafenkvanteprikker viser potensial for kreftbehandling – Physics World

Tidsstempel: 13. februar 2024 4:30

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/metal-free-graphene-quantum-dots-show-potential-for-cancer-treatment-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/metal-free-graphene-quantum-dots-show-potential-for-cancer-treatment-physics-world-2.jpg" data-caption="Kjemodynamisk terapi Skjematisk illustrasjon som viser rollen til grafen kvanteprikker, avledet fra røde blodcellemembraner, som nanozymer for tumorkatalytisk terapi. (Med tillatelse: FHIPS)"> Grafen kvanteprikker for tumorkjemodynamisk terapi
Kjemodynamisk terapi Skjematisk illustrasjon som viser rollen til grafen kvanteprikker, avledet fra røde blodcellemembraner, som nanozymer for tumorkatalytisk terapi. (Med tillatelse: FHIPS)

Et team av forskere i Kina har vært banebrytende i bruken av nye metallfrie grafenkvanteprikker (GQDs) for kjemodynamisk terapi, en fremvoksende ikke-invasiv kreftbehandling. Gjennombruddet baner vei for et effektivt og kostnadseffektivt middel for å forbedre den katalytiske aktiviteten til GQD-er, samtidig som det adresserer toksisitetsproblemene knyttet til metallbaserte nanozymbehandlinger.

Redusere bivirkninger

De siste årene har metallbaserte nanozymer (nanomaterialer med enzymlignende egenskaper) vist et sterkt potensial som terapeutiske midler for kjemodynamisk terapi. Behandlingen fungerer ved å bruke nanozymene til å katalysere nedbrytningen av hydrogenperoksid i kreftceller, noe som fører til produksjon av svært cytotoksiske hydroksylradikaler. Bevegelser for å bruke dem mer utbredt, har imidlertid blitt hemmet av tilstedeværelsen av vedvarende bivirkninger utenfor målet assosiert med metalltoksisitet.

I et forsøk på å overvinne disse begrensningene har teamet – ledet av Hui Wang fra Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) ved det kinesiske vitenskapsakademiet - brukte en relativt enkel "one pot"-prosess for å syntetisere n/p co-doped grafen kvanteprikker (NPGQDs) - metallfrie nanozymer, avledet fra røde blodcellemembraner. NPGQD-ene viste seg å være svært effektive i behandling av svulster med færre bivirkninger.

Publiserer funnene sine i tidsskriftet Saken, skisserer forskerne hvordan de brukte NPGQD-er som et Fenton-lignende reagens, som kan katalysere hydrogenperoksid for å generere hydroksylradikaler i et litt surt tumormiljø, noe som fører til intracellulær oksidativ skade og hemming av tumorcelleproliferasjon.

In vitro studier av kreftceller viste at NPGQD-ene induserte apoptose og ferroptose (to typer celledød). Forskerne behandlet også tumorbærende mus med NPGQDs, og observerte 77.71 % hemming av tumorvekst etter intravenøs injeksjon og 93.22 % hemming for intratumoral injeksjon, uten toksisitet utenfor målet.

"Spesielt kan den synergistiske elektroneffekten av å introdusere nitrogen og fosfor i GQDer generere svært lokaliserte tilstander nær Fermi-nivået, og dermed øke substratadsorpsjonen og forbedre enzymaktiviteten," sier førsteforfatter Hongji Liu, basert ved State Key Laboratory of Chemo/Biosensing og Kjemometri kl Hunan universitet.

"Som et resultat overgår deres Michaelis-Menten maksimale hastighet på 0.247 µM/s [et mål på hydroksylradikalgenereringshastighet], i nærvær av hydrogenperoksid som et substrat, ti ganger høyere enn klassiske GQD-er og grafenoksid." han legger til.

Forbedringsområder

Ifølge Liu viser kjemodynamisk terapi flere fordeler i forhold til eksisterende tilnærminger til kreftbehandling – inkludert det faktum at tilnærmingen er "tumor-selektiv med lave bivirkninger" og at behandlingsprosessen initieres av endogene stoffer som hydrogenperoksid, noe som betyr at det er ikke avhengig av ekstern feltstimulering.

"Kemodynamisk terapi er også i stand til å modulere hypoksi og immunsuppressiv tumormikromiljø," forklarer han. "I tillegg krever det ikke kompliserte terapeutiske enheter og har dermed relativt lave behandlingskostnader."

Fremover har Liu til hensikt å validere og avgrense funnene sine ytterligere gjennom streng eksperimentering og dataanalyse. "Dette vil innebære å gjennomføre mer omfattende studier, utvide utvalgsstørrelsen og utforske potensielle forvirrende faktorer som kan påvirke resultatene. Ved å gjøre det tar jeg sikte på å styrke påliteligheten og generaliserbarheten til mine funn, sier han.

Liu planlegger også å samarbeide med andre forskere og eksperter på feltet for å få en rekke ulike perspektiver og innsikter. Etter hans syn kan en slik samarbeidstilnærming bidra til å fremme tverrfaglig forskning og "fremme en mer helhetlig forståelse" av anvendelsene og implikasjonene av funnene hans.

"Det vil også gi mulighet for utveksling av ideer og identifisering av potensielle områder for forbedring eller videre undersøkelse," sier han.

"Når det gjelder kliniske og helsemessige anvendelser, er målet mitt å oversette forskningsresultatene mine til praktiske løsninger som kan være til nytte for pasienter og helsepersonell. For å oppnå dette vil jeg jobbe tett med medisinsk fagpersonell og industripartnere for å utvikle og foredle prototyper, gjennomføre kliniske studier og vurdere gjennomførbarheten og effektiviteten av å implementere disse løsningene i virkelige helsemiljøer, sier Liu. Fysikkens verden.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden