Els mecanismes biològics d'Or de nanopartícules radiosensibilización

- Apr 27, 2017-

En els últims anys, hi ha hagut un creixent interès en la nanomedicina, un camp interdisciplinari que té com a objectiu utilitzar diversos nanomaterials per fer front a una àmplia gamma d'aplicacions biomèdiques i malalties mèdiques.

Una d'aquestes aplicacions és la producció de radiosensibilitzadors per a tractaments contra el càncer, amb nanopartícules d'or (PNB) al capdavant. No obstant això, amb el cos humà és tan complex com ho és, sensibilitzadors han PNB no arriben a assolir les altures que al principi s'esperaven, i encara han d'arribar a la clínica. Això és tot i la promesa preclínic in vitro i in vivo l'evidència.

Un equip d'investigadors irlandesos han publicat un article de revisió sobre els mecanismes biològics subjacents de radiosensibilitzadors PNB i com les barreres per als assajos clínics pot ser desglossat.

La radiació és una forma comuna de tractament del càncer, però els nivells de toxicitat associats amb els tractaments limitar la dosi. Hi ha hagut molta investigació per sensibilitzar al teixit cancerós a la radiació, mentre que deixa les cèl·lules sanes que envolten tot sol.

Una manera de fer-ho és a través de relacions terapèutiques que introdueix un material amb un alt nombre atòmic a les cèl·lules diana. Amb el seu alt nombre de massa, coeficient de fotoelectrons fort i alt coeficient de massa i energia, l'or és un candidat molt prometedor per a aquest tipus d'enfocaments d'orientació mecanicista.


La resposta d'estrès i mecanismes d'estrès oxidatiu


Mentre inert, es creu que l'or que posseeixen una superfície activa que pot ser utilitzat per a promoure i augmentar l'eficiència catalítica d'una reacció, que pot conduir a un augment en la resposta dels mecanismes d'estrès (ROS). L'efecte és més gran en les nanopartícules amb un diàmetre de menys de 5 nm com partícules en aquesta escala presenti una major proporció d'àrea superficial a volum.

No obstant això, alguns d'aquests mecanismes es creu que són responsables dels efectes de citotoxicitat que els mètodes de sensibilització radiològica PNB poden exhibir. La interacció entre la superfície de les nanopartícules i molècules d'oxigen facilita la transferència d'electrons donants per a les espècies d'oxigen i genera radicals superòxid. Això pot conduir a la producció de ROS a través de dismutación.

Altres tensions d'oxidació també poden contribuir a la citotoxicitat per fer mal a les proteïnes d'ADN i de membrana cel·lular en una cèl·lula. Hi ha moltes raons per a l'augment d'estrès oxidatiu, però els més comuns són la presència de grups redox en el recobriment, els contaminants del mètode de producció i les propietats oxidants que indueixen a partir de les nanopartícules.

Efectes del cicle cel·lular

La sensibilitat i biològiques efectes de l'exposició a la radiació depenen de la fase del cicle cel·lular. PNB poden millorar radiosensibilización través de la interrupció del cicle cel·lular i induir l'apoptosi (mort cel·lular). En resposta a la radiació, les cèl·lules responen a certs llocs de control i reparar els seus defectes genòmics, prevenir la mort cel·lular. PNB, a diferència d'altres metalls, s'ha demostrat que molts dels mecanismes de distribució del cicle cel·lular Alter, en lloc de només a través de la detenció del cicle cel·lular induïda.

PNB s'han trobat per promoure una certa fase, coneguda com la fase G2 / M, per accelerar la detenció del cicle cel·lular en les cèl·lules canceroses (DU-145) i disminuir l'expressió de les proteïnes tumorals que es troben en aquestes cèl·lules.

Tiolado-PNB han estat utilitzats com detectors eficients de les cèl·lules tumorals. Les nanopartícules recobertes invocar una resposta a la G2 / M fases de cèl·lules tumorals i induir l'apoptosi. En última instància, això s'ha trobat que dóna un augment en la sensibilitat de detecció baix exposició als raigs X. PNB nuclears orientats per si sola també poden interrompre transició de les cèl·lules tumorals i les poblacions, per induir l'apoptosi en les cèl·lules canceroses.

Els principals factors de conducció per obtenir respostes diferents a les cèl·lules a través d'aquests mecanismes es defineixen per l'elecció del recobriment i la mida de les nanopartícules. No obstant això, les diverses concentracions, revestiments, materials i línies cel·lulars fan que sigui difícil determinar el mecanisme real de l'acció en el joc durant aquests processos. Se sap que la presència dels PNB indueix alteracions en la cinètica de cèl·lules causa de l'acumulació de G2 / M fases. G2 / M és conegut per ser el més radiofreqüència, per la qual cosa aquestes acumulacions condueixen a un augment general en la radiosensibilización.

El dany i reparació de DNA

radiosensibilización induïda per PNB pot proporcionar un mecanisme alternatiu a través del dany i reparació de l'ADN. Pròpia radiació indueix doble filament es trenca en l'ADN i la seva reparació posterior és essencial per mantenir la vida de la cèl·lula. Ja que l'ADN és tan essencial per a la divisió cel·lular, sinó que també fa que sigui una diana terapèutica clau per ajudar a aturar la multiplicació de les cèl·lules canceroses.

dany en l'ADN a través d'radiosensibilización induïda per PNB es produeix en dues danys etapes- primerenca i tardana. dany en l'ADN primerenca, és a dir, 1 hora després d'exposició a la radiació, és a causa de la presència PNB a la regió perinuclear en el moment de la irradiació. Atès que, tard dany en l'ADN, és a dir, després del post irradiació de 24 hores, es produeix a través d'altres processos indirectes, com ara la producció de radicals.

A través de diversos esforços d'investigació, s'ha demostrat que el PNB poden influir en el mecanisme de reparació de la cèl·lula i causar dany residual. No obstant això, es creu que no tots els processos PNB segueixen el mateix mecanisme i poden induir la cinètica de reparació diferents en diferents línies cel·lulars.

PNB poden promoure la millora de la dosi i augmentar dobles trencaments de la cadena en l'ADN a través d'enfocaments de radiosensibilización, però la falta de consistència en les línies cel·lulars, les fonts de radiació i energies, les condicions de tractament i les propietats de nanopartícules poden conduir a resultats variables, el que ha fet que sigui difícil per als investigadors per treure una conclusió general respecte a aquests mecanismes. En el futur, la comprensió de com els diferents paràmetres poden afectar el dany i reparació de l'ADN potencialment podria fer llum sobre com els PNB invoquen un dany en l'ADN i la resposta de reparació en les cèl·lules canceroses.

L'espectador efectes de radiosensibilización PNB

A part dels efectes de la radiació directa, la comunicació entre cèl·lules és molt important després d'exposició a la radiació. Fins i tot si les cèl·lules no han estat afectats directament per la radiació, si es comuniquen amb les cèl·lules veïnes exposades a continuació, que poden rebre senyals que fan que es comporten com si han estat sotmesos a l'exposició directa de la radiació. Això es coneix com l'efecte espectador, i pot ocórrer en molts tipus cel·lulars diferents.

Els senyals implicades en els processos de bystander poden causar una alteració en l'expressió gènica, el dany a l'ADN i els cromosomes, les alteracions de la proliferació cel·lular, l'apoptosi o els canvis en el procés de traducció en cèl·lules no irradiades.

Hi ha molts tipus de molècules de senyalització implicades en aquests processos que s'alliberen al medi ambient circumdant i arribar a les cèl·lules espectadores ja sigui a través de difusió passiva, la unió a receptors o contacte directe de cèl·lula a cèl·lula.

Els exosomes (vesícules) que porten microRNA (miRNA) es creu que són el catalitzador per intervenir senyals intracel·lulars entre les cèl·lules tumorals i les cèl·lules bystander. Els microARN poden ser amunt o avall de la regulació després d'exposició a la radiació, amb alguns ceps es multipliquen després d'una dosi de radiació que augmenta la proliferació i la resistència de les cèl·lules canceroses per l'orientació dels receptors de mort.

PNB, juntament amb altres metall-PN, s'han trobat per interrompre les rutes intracel·lulars associades amb la senyalització cel·lular, fins i tot quan no hi ha radiació és present. La presència dels PNB pot conduir a una sèrie de respostes en funció de la seva mida, forma i recobriment. La comprensió de les quals es veuen afectades les vies de senyalització és una consideració en el futur, però podria conduir a una major comprensió de qui estigui a prop i de sensibilització radiològica efectes.

La toxicitat dels PNB

Igual que amb qualsevol forma de tractament terapèutic, toxicitat, i el més important la citotoxicitat, és un factor clau que pot afectar l'èxit del tractament. En l'actualitat hi ha un nivell d'incertesa que envolta a nivell de PNB de toxicitat. or a granel és molt segur, però certs PNB funcionalitzats han exhibit nivells inutilitzables de citotoxicitat.

Mida, concentració, tipus de cèl·lula i el temps de tractament són els paràmetres bàsics que els investigadors consideren en examinar la citotoxicitat dels PNB. La mida és un factor important, ja que les partícules molt petites poden ser altament tòxics, mentre que les partícules més grans són relativament no tòxics. Una alta concentració de PNB han trobat que causa una disminució de la viabilitat cel·lular, però baixes concentracions no sembla tenir cap influència.

Alguns investigadors han mesurat l'absorció i localització de les nanopartícules en la cèl·lula per microscòpia electrònica de transmissió (TEM). Aquests mètodes van portar als investigadors a la conclusió que les nanopartícules no són inherentment tòxics per a les cèl·lules humanes. No obstant això, també es va observar que la modificació potencial de les nanopartícules pel seu entorn és un factor important, ja que això pot donar lloc a variacions significatives que podrien canviar la seva aplicabilitat per a aplicacions clíniques.

Una possible manera de comprovar la toxicitat i la viabilitat clínica del PNB en el futur és mitjançant la modificació de la tecnologia existent. Els investigadors han desenvolupat un assaig in vivo ràpida i eficient conegut com el "ToxTracker". Actualment s'utilitza per identificar el dany de l'ADN causat per la interacció directa d'ADN, l'estrès oxidatiu i estrès cel·lular en general d'un altre òxid de metall i nanopartícules a força de plata. Es podria adaptar-se en el futur per incloure PNB i ajudar a dilucidar no només alguns dels mecanismes subjacents, sinó també les seves propietats citotòxiques.



Un parell de:Com fer que l'acetat de plata? Següent:Síntesi de nanopartícules d'or