O echipă de tineri cercetători din cadrul Centrului de Nanobiofotonică şi Microspectroscopie Laser (CNML, https://nanobiophotonics.ro/) al Institutului de Cercetări Interdisciplinare în BioNanoŞtiinţe (ICI-BNS), unitate de excelenţă a Institutului STAR UBB, a dezvoltat şi publicat recent în revista Colloids and Surfaces B: Biointerfaces (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0927776520305695) un nou nanosistem hibrid cu proprietăţi opto-termo-plasmonice deosebite şi potenţial dual în tratamentul cancerului, bazat pe nanobipiramide de aur încărcate cu molecule de indocianină verde.
Dezvoltarea de terapii versatile şi eficiente pentru tratamentul cancerului reprezintă una dintre principalele provocări ale comunităţii ştiinţifice. În acest context, în domeniul nanomedicinei există două abordări terapeutice de mare interes: terapia fototermică (PTT) şi respectiv fotodinamică (PDT). În timp ce PTT se bazează pe conversia luminii absorbite de o nanoparticulă în căldură inducând astfel hipertermie la nivelul celulelor/ţesutului, PDT se bazează pe generarea de specii de oxigen reactive toxice, ca urmare a unor reacţii fotochimice iniţiate prin expunerea la lumină a unor molecule sau nanoparticule fotosensibilizatoare.
Totuşi, există relativ puţine nanoparticule şi molecule fotosensibilizatoare cu activitatea terapeutică în domeniul infraroşu apropiat (NIR, 700-1200 nm), aşa numita “fereastră spectrală biologică”. Având în vedere faptul că lumina din domeniul NIR poate pătrunde în ţesut la adâncimi mult mai mari decât lumina din domeniul vizibil, dezvoltarea de astfel de nanosisteme fotoactive în această fereastră spectrală biologică este de mare interes pentru tratamente PTT şi PDT în adâncimea ţesutului.
În acest context, nanoparticulele de aur reprezintă de departe o categorie de nanostructuri foarte atrăgătoare datorită atât proprietăţilor lor optice unice, cât şi gradului ridicat de biocompatibilitate. Înglobarea şi operarea simultană a două principii terapeutice PTT-PDT într-un nanoconstruct având la baza nanoparticule de aur reprezintă o adevărată provocare.
Deşi numeroase forme de nanoparticule de aur (nanosfere, nanobastonaşe, nanostele, etc) au fost implementate cu succes în dezvoltarea de nanosisteme terapeutice, în acest studiu, o geometrie mai puţin cunoscută în literatură este propusă, şi anume nanoparticulele bipiramidale. Într-un studiu anterior publicat de aceeaşi echipa, s-a demonstrat că nanoparticulele bipiramidale pot fi sintetizate în mod controlat şi au activitate PTT în domeniul NIR cu randamente de conversie de până la 97 % (https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6528/ab2d90/meta). În studiul prezent, s-a demonstrat că aceste nanoparticule prezintă în plus şi activitate PDT intrinsecă generând specii de oxigen singlet pe baza unui mecanism de transfer de energie/electroni.
Pentru dezvoltarea acestui nanosistem hibrid cu potenţial terapeutic dual PTT-PDT, s-a reuşit încărcarea nanoparticulelor bipiramidale cu molecule de indocianină verde (ICG), un fotosensibilizator cu absorbanţă în NIR care prezintă atât proprietăţi fototermice, cât şi fotodinamice. Activitatea PTT şi PDT a nanosistemului hibrid a fost testată în soluţie apoasă, demonstrându-se că printr-o fotoactivitate simultană a componentelor integrate, conversia termică a luminii se dublează, în timp ce activitatea fotodinamică este amplificată de 8 ori.
Rezultatele acestui studiu au fost validate in vitro pe celule de melanom epitelial. Studiul a fost efectuat în colaborare cu cercetători de la Universitatea de Ştiinţe Agricole şi Medicină Veterinară din Cluj-Napoca şi Ecole Normale Superieure din Lyon, Franţa.
Articolul complet poate fi accesat la https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0927776520305695.
