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Ultrakleine Nanopartikel töten Krebszellen auf ungewöhnliche Weise
Wissenschaftler sind überrascht zu sehen, dass ultrakleine, fluoreszierende Nanopartikel - ursprünglich entwickelt, um Tumore für chirurgische Zwecke zu beleuchten - auch Krebszellen töten können, indem sie eine Art von Zelltod auslösen, die normalerweise nicht beobachtet wird.
Die ultrakleinen Partikel töten Krebszellen, indem sie Eisen aus ihrer Umgebung entnehmen und in diese abgeben. Der Prozess - Ferroptosis genannt - zerreißt die Zellmembran.
Sie berichten über die Entdeckung - und wie sie die Nanopartikel in Zellkulturen und Mäusen testeten - in der Zeitschrift Natur Nanotechnologie.
Einer der leitenden Forscher, Ulrich Wiesner, Professor für Ingenieurwissenschaften an der Cornell University in Ithaca, NY, sagt:
"Wenn Sie ein Nanopartikel zum Töten von Krebs entwerfen müssten, wäre das genau die Art, wie Sie es tun würden."
Nanopartikel sind winzige Partikel mit mindestens einer Dimension, die nicht größer als 100 Nanometer ist. Sie haben im Vergleich zum gleichen Material in einem größeren Maßstab ungewöhnliche Eigenschaften, und Wissenschaftler und Ingenieure wenden sie in vielen Bereichen an, einschließlich Elektronik und Biomedizin.
Die Nanopartikel im Zentrum der neuen Studie - Cornell-Punkte oder C-Punkte genannt - sind ultrakleine, fluoreszierende Kieselerdeteilchen mit einem Durchmesser von 5 Nanometern.
Sie wurden ursprünglich von Prof. Wiesner vor über 10 Jahren als Instrument für die Krebs-Chirurgie entwickelt. Sie heften sich an Krebszellen und beleuchten sie, so dass Chirurgen sehen können, wo sie schneiden müssen.
Die Partikel sollten auch zur gezielten Wirkstofffreisetzung und zur Erfassung der Umwelt verwendet werden.
"Intrinsische therapeutische Eigenschaften"
Die neue Studie zeigt, dass die auf Krebs ausgerichteten Cornell Dots Krebszellen abtöten können, ohne Medikamente zu tragen.
Leitende Autorin Michelle Bradbury, Direktorin für intraoperative Bildgebung am Memorial Sloan Kettering Cancer Center in New York, NY, bemerkt:
"Tatsächlich haben wir zum ersten Mal gezeigt, dass das Partikel intrinsische therapeutische Eigenschaften besitzt."
"Das Partikel ist in normal gesundem Gewebe gut verträglich", erklärt Prof. Wiesner, "aber sobald man einen Tumor hat und unter ganz bestimmten Bedingungen, werden diese Partikel zu Killer."
Die Forscher entdeckten die krebsabtötenden Eigenschaften der Cornell-Punkte, als sie versuchten herauszufinden, wie gut große Konzentrationen toleriert werden können. Sie führten mehrere Experimente über mehrere Jahre durch.
Dann fanden sie zu ihrer Überraschung heraus, dass, wenn hohe Dosen peptidbeschichteter Cornell-Punkte mit Krebszellen inkubiert wurden - und insbesondere, wenn die Zellen keine Nährstoffe mehr hatten - die Partikel Eisen aus der Umgebung nahmen und es in die Krebszellen abgaben.
Die Abgabe von Eisen in die Zellen löst eine Art von Zelltod aus, die sogenannte Ferroptose, die die Zellmembran durchbricht. Dies unterscheidet sich von dem häufiger beobachteten Fragmentierungszelltod, der als Apoptose bekannt ist.
"Welle der Zerstörung"
Prof. Wiesner sagt, nur 24 bis 48 Stunden nach der Exposition gegenüber den Cornell-Punkten beobachteten sie, wie eine "Welle der Zerstörung" durch die gesamte Krebszellkultur fegte.
In weiteren Experimenten injizierten sie hohe Dosen der beschichteten Cornell-Punkte in mit Melanomtumoren transplantierte Mäuse und stellten fest, dass sie die Tumore schrumpften, ohne irgendwelche nachteiligen Reaktionen zu verursachen.
Die Autoren schlussfolgern ihre Ergebnisse zeigen "Ferroptosis kann durch ultrakleine Silica-Nanopartikel gezielt sein und kann therapeutisches Potenzial haben."
"Wir haben ein anderes Werkzeug gefunden, über das die Leute bisher noch gar nicht nachgedacht haben. Dies hat unsere Denkweise über Nanopartikel verändert und was sie möglicherweise tun könnten."
Prof. Ulrich Wiesner
Die Forscher wollen jetzt testen, wie die Cornell-Punkte mit anderen Standardtherapien bei verschiedenen Arten von Krebstumoren zusammenarbeiten.
Sie wollen sie effektiver machen, bevor sie mit Tests am Menschen beginnen. Das Team wird auch nach Möglichkeiten suchen, die Partikel auf bestimmte Krebsarten abzustimmen.
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