Hur nanopartiklar och bildbehandling förbättrar immunterapier för cancer

Nanoteknik har öppnat nya dörrar inom cancerbehandling, särskilt när det gäller att förbättra precisionen i bildbehandling och effektiviteten hos immunterapier. En av de mest framträdande tillämpningarna är användningen av fotodynamisk terapi (PDT) för att behandla ytlig vävnad, såsom hudcancer eller lesioner. PDT har visat sig vara effektiv för att behandla ytliga tumörer genom att använda ljusaktivt material som kan exciteras av en extern ljuskälla för att producera syrefria reaktiva arter som dödar cancerceller. Men en av de största begränsningarna med PDT är dess begränsade förmåga att penetrera djupare vävnader, vilket gör att tekniken ännu inte är allmänt tillämplig för djupare cancermetastaser.

För att lösa detta problem har forskare utvecklat nya metoder som utnyttjar nanopartiklar (NPs) för att förbättra ljusets penetration i djupare vävnader och för att leverera läkemedel direkt till tumören. Till exempel visade Kotagiri et al. (2014) att titandioxidnanopartiklar, med en diameter på endast 18 nm, kan absorbera Cerenkovstrålning, en typ av ljus som skapas när positroner eller elektroner rör sig snabbare än ljus genom biologisk vävnad. Denna effekt möjliggör en mer exakt fotodynamisk behandling genom att förbättra ljusabsorptionen och vävnadspenetrationen.

En annan viktig utveckling är användningen av guldnanopartiklar (AuNPs) som riktas mot PD-L1, en viktig receptor för immunsystemets kontrollpunkter. Immuncheckpoint-hämmare, som riktar sig mot PD-L1, har blivit en viktig behandlingsstrategi för många cancerformer. Genom att använda guldnanopartiklar för att binda sig till PD-L1 kan tumören effektivt identifieras och särskiljas från inflammation, vilket gör det möjligt att bättre förstå hur tumörceller undviker immunsystemet. Detta förbättrar den terapeutiska effekten av immunterapier som använder checkpoint-hämmare och minskar risken för biverkningar genom att noggrant övervaka de delar av kroppen som reagerar på behandlingen.

För att maximera effekten av immunterapier används även sällsynta jordartsmetaller i form av nanopartiklar för att öka luminescenssignalernas styrka i bildbehandling. Detta gör det möjligt att mer exakt övervaka tumörers och immunsystemets svar på behandlingen. Dessa nanopartiklar kan hjälpa till att förbättra olika bildbehandlingstekniker som optisk fluorescens, vilket är en viktig metod för att visualisera tumörer och deras mikromiljö.

Nya metoder för realtidsövervakning under kirurgi, som använder bildteknik för att spåra läkemedelsdistributionsprocessen och tumörtillväxt i realtid, erbjuder också stora fördelar. Genom att använda multimodal bildteknik, som kombinerar MRI med fluorescensavbildning eller datortomografi (CT) med fluorescensmolekylär tomografi (FMT), kan man noggrant visualisera och bedöma både tumörernas storlek och deras respons på behandlingar. Detta är en betydande förbättring gentemot traditionell kirurgi, där möjligheterna att direkt se och behandla tumören var begränsade.

För att dessa avancerade tekniker ska bli allmänt tillgängliga, krävs det dock fortsatt forskning och utveckling för att övervinna utmaningar som toxicitet, stabilitet och potentiella biverkningar av nanopartiklar. Men det finns redan idag en enorm potential för att dessa teknologier ska förbättra både effektiviteten och precisionen i cancerbehandlingar, särskilt genom att möjliggöra bättre övervakning av immunsystemets svar och tumörcellerna.

Endtext

Hur nanomaterial påverkar nervsystemet och potentiella risker för neurotoxisk påverkan

Nanoteknologi har visat sig ha ett stort potential för tillämpningar inom neurovetenskap, särskilt när det gäller att förstå de fysiologiska processerna i nervceller och att utveckla nya metoder för att undersöka nervsystemets funktioner. Bland de mest intressanta områdena för forskning är användningen av piezoelektriska material och fluorescerande färgämnen för att mäta koncentrationen av natrium (Na+), kalium (K+) och klorid (Cl-) i celler, vilket ger värdefull information om cellernas elektriska aktivitet och kommunikation. Dessa teknologier har använts för att bättre förstå hur joner flödar genom nervceller, vilket är avgörande för många fysiologiska processer, inklusive nervimpulser och muskelkontraktioner.

När vi talar om användningen av nanomaterial i neurovetenskap måste vi också ta hänsyn till deras potentiella toxikologiska effekter. Nanomaterial har unika fysikaliska och kemiska egenskaper som gör att de kan påverka cellmembranen på olika sätt, vilket kan leda till störningar i cellernas funktioner. Detta gäller särskilt för nanopartiklar av metalloxider, som kan inducera oxidativ stress, inflammation och andra patologiska förändringar i nervceller. Exempelvis kan vissa metaller, som guld och järn, påverka både membranpermeabiliteten och cellens inre fysiologiska system, vilket kan resultera i skadliga effekter på nervsystemet.

För att noggrant bedöma risken för neurotoxicitet krävs det avancerade metoder för att mäta och förstå hur dessa nanomaterial interagerar med biologiska system. Optiska sensorer och voltagesensorer, inklusive kvantprickar (QDs), har visat sig vara användbara för att övervaka nervcellers elektriska aktivitet. Dessa sensorer gör det möjligt att avbilda och analysera neuronernas funktioner både in vivo och in vitro, vilket gör det möjligt att få en djupare förståelse för hur nanomaterial påverkar nervsystemets dynamik.

Särskilt viktigt är att förstå att de neurotoxiska effekterna av nanomaterial inte är universella utan kan variera beroende på partikelns storlek, form, kemiska sammansättning och hur de är modifierade för att interagera med specifika celltyper. Denna variation gör det svårt att förutsäga exakt hur ett visst nanomaterial kommer att påverka nervsystemet, vilket gör att det krävs omfattande säkerhetstester innan dessa material kan användas i kliniska tillämpningar.

Ytterligare risker kan uppstå när nanomaterial ackumuleras i cellerna eller om de inte kan transporteras effektivt bort från kroppen. Detta kan leda till långvariga biotoxiska effekter, vilket gör att forskningen kring nanomaterialens toxikologi blir allt viktigare för att utveckla säkra tillämpningar inom neurovetenskap.

Nanoteknologi har potential att revolutionera behandlingen av neurologiska sjukdomar, men det är avgörande att noggrant överväga både fördelarna och riskerna med dessa avancerade material. Det är också viktigt att förstå hur dessa material kan påverka cellernas fysiologi på olika nivåer och hur deras toxikologiska egenskaper kan variera beroende på användningsområde och applicering. Forskning kring nanomaterialens toxikologi bör därför vara en integrerad del av utvecklingen av nanofarmaceutiska produkter och neuroteknologiska tillämpningar.

Vidare forskning är nödvändig för att skapa riktlinjer och standarder för säker användning av nanomaterial i neurovetenskap, särskilt med tanke på de potentiella riskerna för neurotoxicitet och de okända långsiktiga effekterna på nervsystemet. De kliniska tillämpningarna, som kan inkludera både diagnostiska och terapeutiska verktyg, kommer att behöva utvärderas grundligt för att säkerställa att de inte orsakar skador på nervceller eller stör nervsystemets normala funktioner.