ACS Nano. 24.09.2019;13(9):10419-10433. doi: 10.1021/acsnano.9b04213. Epub 2019, 21. August.
Codoping Enhanced Radiolumineszenz von Nanoszintillatoren für röntgenaktivierte synergistische Krebstherapie und Prognose mittels Metabolomics
Farooq Ahmad 1, Xiaoyan Wang 2, Zhao Jiang 1, Xujiang Yu 1, Xinyi Liu 1, Rihua Mao 3, Xiaoyuan Chen 4 , Wanwan Li 1
Zusammenfassung
Radio- und photodynamische Therapien sind die erste Wahl bei der Krebsbehandlung, haben jedoch den Nachteil einer schlechten Lichtdurchdringung und einer geringeren Strahlungsanreicherung in Weichgeweben mit hoher Strahlentoxizität. Daher sind im Kampf gegen Krebs dringend eine multifunktionale Nanoplattform mit diagnosegestützter synergistischer radio- und photodynamischer Therapie sowie Tools zur Erleichterung einer Frühprognose erforderlich. Darüber hinaus würde die Integration der Krebstherapie mit einer ungezielten Metabolomanalyse insgesamt klinische Relevanz bieten, indem sie eine frühzeitige Diagnose und Prognose erleichtert. Hier haben wir die Szintillation von CeF3-Nanopartikeln (NPs) durch Codotierung von Tb3+ und Gd3+ (CeF3:Gd3+,Tb3+) für einen praktikablen klinischen Ansatz bei der Behandlung tiefliegender Tumoren angereichert. Die kodotierten CeF3:Gd3+,Tb3+ szintillierenden theranostischen NPs wurden dann mit mesoporösem Siliciumdioxid beschichtet, gefolgt von der Beladung mit Bengalrosa (CGTS-RB) für eine spätere computertomographie- (CT) und Magnetresonanzbild-(MRT)-gesteuerte, röntgenstimulierte synergistische Wirkung Radio- und photodynamische Therapie (RT+XPDT) mittels niedrig dosierter, einmaliger Röntgenbestrahlung. Die Ergebnisse bestätigten eine effiziente Tumorregression mit synergistischer RT+XPDT im Vergleich zu einzelner RT. Globale ungezielte Metabolomverschiebungen verdeutlichten den Mechanismus hinter dieser effizienten Tumorregression mittels RT, und die synergistische RT+XPDT-Behandlung ist auf den Mangel an nichtessentiellen Aminosäuren zurückzuführen, die an der Protein- und DNA-Synthese und den für Wachstum und Fortschreiten notwendigen Energieregulierungswegen beteiligt sind. Unsere Studie kam außerdem zu dem Schluss, dass sich Tumor- und Serummetaboliten während des Fortschreitens und der Regression der Krankheit verschieben und als robuste Biomarker für die frühzeitige Beurteilung des Krankheitszustands und der Prognose dienen. Aufgrund unserer Ergebnisse schlagen wir vor, dass Kodotierung eine wirksame und auf andere Materialien erweiterbare Technik ist, um eine hohe optische Ausbeute und Multifunktionalität zu erzielen und für den Einsatz in diagnostischen und therapeutischen Anwendungen geeignet zu sein. Entscheidend ist, dass die Integration multifunktionaler theranostischer Nanomedizin mit Metabolomik ein hervorragendes Potenzial für die Entdeckung früher metabolischer Biomarker bietet, die zu einer besseren Diagnose und Prognose klinischer Krankheiten beitragen.
Schlüsselwörter: Röntgeninduzierbare photodynamische Therapie; kodotierte Nanoszintillatoren; Bildgebung; Metabolomik; Strahlentherapie.
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