Radiosensibilizadores de óxido de metal ultrapequeños para la radioterapia del cáncer

Dentro de la célula: Las nanopartículas de dióxido de hafnio (amarillo-verde) se acumulan en las células cancerosas y pueden causar daño celular después de la irradiación. (Microscopía electrónica, coloreada). Crédito: Empa/ ETH Zurich

Hoy en día, existen métodos de tratamiento para el cáncer que se complementan entre sí. La radioterapia se usa con frecuencia y se puede combinar con cirugía y quimioterapia, por ejemplo. Aunque el tratamiento con radiación ionizante se ha utilizado en medicina durante más de 100 años, incluso la oncología moderna a veces no está satisfecha con su eficacia. La razón: los tumores malignos no siempre son lo suficientemente sensibles a la radiación. «Si se pudiera aumentar la sensibilidad de las células tumorales, la radioterapia podría llevarse a cabo de manera más efectiva y más suave», dice el investigador de Empa Lukas Gerken.

En otras palabras: se podría lograr un resultado de tratamiento deseado con una dosis de radiación más baja que la actual, o los tumores particularmente resistentes a la radiación podrían finalmente volverse sensibles a la radiación. Por lo tanto, el equipo dirigido por Lukas Gerken e Inge Herrmann del Laboratorio de interacciones entre partículas y biología de Empa en St. Gallen y el Laboratorio de ingeniería de sistemas de nanopartículas en ETH Zurich está trabajando con oncólogos en el Hospital Cantonal de St. Gallen para encontrar formas de sensibilizar el tumor. células a la radiación.

Los investigadores han puesto sus miras en nanopartículas hechas de óxidos metálicos que pueden actuar como los llamados radiosensibilizadores. El equipo ahora ha logrado producir estos radiosensibilizadores en grandes cantidades y analizar su efecto con más detalle. Los investigadores publicaron recientemente sus resultados en la revista Chemistry of Materials.

Curado en el fuego

En la investigación del cáncer, actualmente se están realizando estudios con varias clases de sustancias para hacer que la irradiación de tumores más efectivo. Aún no se comprende completamente cómo funcionan exactamente las nanopartículas hechas de oro u óxidos de metales más exóticos, como el dióxido de hafnio, en este contexto. Sin embargo, lo que se sabe es que una compleja cascada de reacciones ejerce estrés oxidativo en las células cancerosas. De esta manera, los mecanismos de reparación de las células malignas pueden verse abrumados.

Fuego y hielo: el investigador de Empa, Lukas Gerken, produce nanopartículas para la terapia contra el cáncer mediante la síntesis de llamas. Para hacer visibles las diminutas partículas de metal, el microscopio electrónico se enfría a temperaturas bajo cero con nitrógeno líquido. Crédito: Empa

Para que las nanopartículas estuvieran disponibles para uso clínico, se tuvieron que superar dos obstáculos: la producción a través de métodos convencionales de química húmeda dificulta la producción de cantidades a escala industrial, y hay una falta de comparación análisis sobre la eficacia de diferentes sustancias.

El investigador de Empa, Gerken, ahora ha logrado producir radiosensibilizadores de óxido de metal utilizando un método que es ideal para aplicaciones industriales: se basó en la síntesis de llama para obtener óxidos de hafnio de alta calidad. , circonio y titanio. «Gracias a este método de producción, incluso es posible, dependiendo de la instalación de producción, sintetizar varios kilogramos por día», explica Gerken. Sin embargo, para los análisis de laboratorio en Empa, el científico se las arregló con unos pocos gramos.

Mejor que el oro

Una vez que las nanopartículas estuvieron disponibles en cantidades adecuadas, Lukas Gerken pudo examinar las «gemas» en detalle, por ejemplo, utilizando espectroscopía de rayos X y microscopía electrónica. Su veredicto: «Podemos producir nanopartículas de óxido de metal estériles y de alta calidad que parecen inofensivas para las células sanas», explica el investigador. Lo demostró utilizando cultivos celulares que trató con diferentes suspensiones de nanopartículas en el laboratorio. Los óxidos metálicos se acumularon en grandes cantidades dentro de las células. El favorito fue el dióxido de hafnio: aquí, medio billón de nanopartículas entraron en cada célula individual sin ser tóxicas. En comparación con los óxidos metálicos, al nanooro le fue mucho peor con el mismo tamaño de partícula: entre 10 y 30 veces menos partículas de oro llegaron a la célula.

A pesar de que las sustancias inicialmente son inofensivas para las células sanas, se desarrollan sus efectos poderosamente cuando se usa en la radiación. El equipo pudo demostrar esto usando líneas de células cancerosas. Si los cultivos celulares se trataban con óxidos metálicos y luego se bombardeaban con rayos X, el efecto letal aumentaba significativamente. El dióxido de hafnio resultó ser la herramienta más potente: las células tumorales tratadas con partículas de hafnio podían eliminarse con menos de la mitad de la dosis de radiación. Este primer estudio comparativo también mostró que el dióxido de hafnio es incluso cuatro veces más efectivo que el nanooro y el dióxido de titanio. Las células humanas sanas (los llamados fibroblastos), por otro lado, no mostraron efectos negativos de la radiación después del tratamiento con nanopartículas.

Gerken dice: «Continuaremos por este camino para explorar el mecanismo de acción de las nanopartículas y optimizar aún más su eficiencia». Espera que sus estudios avancen así en la aplicación clínica de nanopartículas en radioterapia.

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Apuntando al cáncer a nanoescala Más información: Lukas RH Gerken et al, Scalable Synthesis of Ultrasmall Metal Oxide Radio-Enhancers Outperforming Gold, Chemistry of Materials (2021). DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c04565 Información de la revista: Chemistry of Materials

Proporcionado por Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology Cita: Radiosensibilizadores de óxido de metal ultrapequeños para radioterapia contra el cáncer (11 de marzo de 2022) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-03-ultrasmall-metal-oxide-radiosensitizers-cancer.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.