5.4.1. Obrazowanie
Materiały up-konwertujące stosowane są w obrazowaniu:
• metodą rezonansu magnetycznego MRI;
• metodami optycznymi;
• jednocześnie metodami MRI i metodami optycznymi (obrazowanie multimodalne).
5.4.2. Terapia 5.4.2.1. Hipertermia
Magnetyczna hipertermia jest eksperymentalną terapią leczenia raka, w której docelowe komórki nowotworowe są ogrzewane przez nanocząstki in vivo poza granice tolerancji temperatury (które są niższe niż normalnej tkanki z powodu ich słabszego ukrwienia), w ten sposób niszczone. Osiąga się to poprzez wystawienie całego pacjenta lub obszaru docelowego na działanie zmiennego pola magnetycznego, które powoduje w wyniku szybkiego przemagnesowywania, podgrzanie nanocząstek w komórkach i ablację termiczną guza.
6.4.2.2. Terapia fotodynamiczna
Terapia fotodynamiczna (ang. photodynamic therapy PDT) jest stosunkowo nowym sposobem leczenia raka, który obejmuje niszczenie komórek nowotworowych przez lokalną produkcję reaktywnych form tlenu (ang. reactive oxygen species ROS), takich jak tlen singletowy 1O2 [98,99,100].
W zasadzie, PDT obejmuje trzy podstawowe etapy [101] (rys. 73):
Etap 1: Selektywna absorpcja i lokalizacja fotouczulacza w określonych typach komórek/tkanek nowotworowych.
Etap 2: Napromieniowanie do aktywacji fotouczulacza
Etap 3: Wytwarzanie ROS, które lub żadnym wpływem na otaczają
Rysunek 73. Schemat terapii fotodynamicznej do chorych tkanek, wymagaj W przypadku PDT, pod wpływem
toksyczne dla tkanki reaktywne formy tlenu (
Ogólnie rzecz biorąc, nowotworowych przez PDT bezpośrednio wytwarzane przez także uszkadzać naczynia krwiono niezbędnych składników odż
odpornościowy przeciwko niekontrolowanej inwazji przez komórki nowotworowe [
Konwencjonalne techniki Jednakże światło potrzebne w głąb tkanki. W związku z tym
na lub tuż poniżej powierzchni skóry
apromieniowanie fotouczulacza ustaloną intensywnością
, które zabijają pobliskie nieprawidłowe komórki otaczające tkanki.
terapii fotodynamicznej, techniki wykorzystującej wnikanie
chorych tkanek, wymagającej obecności w tych tkankach światłoczułych chromoforów.
przypadku PDT, pod wpływem światła o odpowiedniej długości fali, fotouczulacz toksyczne dla tkanki reaktywne formy tlenu (ROS).
Ogólnie rzecz biorąc, istnieją trzy główne szlaki związane z zabijaniem PDT [102]. W pierwszym przypadku, aktywne wytwarzane przez PDT niszczą komórki nowotworowe
naczynia krwionośne w guzie, co uniemożliwia rakowi otrzymywanie składników odżywczych [104,105]. Ponadto, PDT może
niekontrolowanej inwazji i uszkodzeniom n [106].
Konwencjonalne techniki PDT okazały się skuteczne w leczeniu wielu do aktywacji fotouczulacza wnika tylko na
ązku z tym, PDT jest najczęściej używane do leczenia nowotworów powierzchni skóry, lub do okładów organów
116 ścią dawek światła
nieprawidłowe komórki z niewielkim
wnikanie światła laserowego światłoczułych chromoforów.
ści fali, fotouczulacz generuje
zabijaniem komórek do leczenia nowotworów organów wewnętrznych
117 czy też zagłębień podczas operacji. Innym ograniczeniem konwencjonalnego PDT jest nieskuteczność w leczeniu dużych guzów lub nowotworów z przerzutami.
Rozwój nanocząstek up-konwertujących zdolnych do konwersji światła NIR do zakresu widzialnego stał się atrakcyjny dla PDT, ponieważ promieniowanie NIR wnika głęboko do tkanek biologicznych [107,108,109,110,111]. Emisja widzialna generowana przez nanocząstki może pobudzać fotouczulacze, a te następnie mogą generować ROS [112].
Zastosowanie nanocząstek up-konwertujących z przestrajalną emisją zapewnia dodatkowe korzyści dla pobudzenia konkretnych uczulaczy. Ponadto nanocząstki zapewniają wygodną platformę do przyłączania fotouczulaczy, pokryć magnetycznych i celowania w komórki nowotworowe.
5.4.2.3. Kierowanie magnetyczne
Główną wadą chemioterapii jest niespecyficzna dostawa cytotoksycznych leków farmaceutycznych. Podawanie leków przez całe ciało często prowadzi do niepożądanych skutków ubocznych [113]. Stosowanie magnetycznych nanocząstek do celowania w ściśle określone obszary jest nowym rozwiązaniem w celu uniknięcia efektów ubocznych leczenia.
W zasadzie może to umożliwić stosowanie wielu leków, które obecnie nie mogą być razem podawane. Proces polega na ładowaniu cytotoksycznego leku w materiały magnetyczne, które są następnie wstrzykiwane dożylnie i kierowane do obszaru docelowego, przez stosowanie gradientu pola magnetycznego. Tam w wybranym obszarze lek jest uwalniany przy użyciu bodźca chemicznego, takiego jak zmiany pH, temperatury lub przy użyciu reakcji enzymatycznych [114,113,115]. Metoda ta pozwala na znaczne zmniejszenie całkowitej dawki leku z powodu tego, że jest on zlokalizowany w miejscu leczenia. To z kolei zmniejsza ogólnoustrojowe skutki uboczne.
5.4.3. Wielofunkcyjne nanocząstki up-konwertujące
W zastosowaniach biomedycznych wielofunkcyjne nanomateriały wykazują swoją wyjątkową siłę w oparciu o połączenie właściwości optycznych, wzmacniających kontrast MRI, ukierunkowujących, i dostarczających leki [107,110,116,117,118]. Dlatego te nanomateriały mogą jednocześnie odgrywać rolę w obrazowaniu biologicznym, rozpoznawaniu, dostarczaniu leków, diagnostyce i leczeniu.
W naszych badaniach, chcieliśmy zastosować wytwarzane przez nas nanocząstki NaYF4: Er, Yb, Gd o właściwościach up-konwertujących i magnetycznych do obrazowania
optycznego i MRI. Właściwoś
ROS w celu zabijania komórek nowotworowych chcieli NIR do UV, za które odpowiedzialne s
omówiony w dalszej części pracy.
w późniejszym etapie przeciwciała specyficzne dla danego miejsca w komórce w celu zastosowania ich w terapii celowanej w nowotworach
kierować przez zastosowanie zewn wielofunkcyjnych przedstawiony został na
Rysunek 74. Schemat nanocząstek wielofunkcyjnych. NIR fotodynamiczna, MRI
ziem rzadkich znajdujące się
[52,119]. Ważnym czynnikiem jest gospodarza powinien mieć
domieszkujących i niską energię relaksacji bezpromienistych oraz zwi kryształy NaYF4 [120]. Wydajno
ściwości podobne do właściwości fotouczulacza, czyli wytwarzanie ROS w celu zabijania komórek nowotworowych chcieliśmy osiągnąć dzię
NIR do UV, za które odpowiedzialne są jony Gd3+. Schemat up-konwersji do UV zostanie ęści pracy. Do utworzonych przez nas nanoczą
przeciwciała specyficzne dla danego miejsca w komórce w celu zastosowania ich w terapii celowanej w nowotworach. Dodatkowo, nasze nanocz
przez zastosowanie zewnętrznego pola magnetycznego.
wielofunkcyjnych przedstawiony został na rys. 74.
ąstek wielofunkcyjnych. NIR - światło podczerwone, PDT fotodynamiczna, MRI - obrazowanie rezonansem magnetycznym.