Zeitschrift für Nanomaterialien und molekulare Nanotechnologie

Nanopartikelverstärkte Strahlentherapie mit Titanoxid-Nanopartikeln

Gareth Wakefield, Martin Gardener, Matt Stock und Megan Adair

Titanoxid ist ein photoaktives Material, das durch Wasserspaltung Hydroxylradikale erzeugt. Mit Seltenerdionen dotierte Titanoxid-Nanopartikel werden durch Röntgenstrahlen und durch Röntgenstrahlen erzeugte Elektronen aktiviert und zur Verbesserung der Strahlenbehandlung solider Tumore eingesetzt. Da die Nanopartikel durch Wasserspaltung freie Radikale erzeugen, ist die Anwesenheit von molekularem Sauerstoff nicht erforderlich und aggressive hypoxische Tumore können gezielt behandelt werden. Ein klonogener Test an strahlenresistenten Bauchspeicheldrüsenkrebszellen (PANC-1) zeigt einen Strahlentherapie-Dosisverstärkungsfaktor von 1,9 bei klinisch relevanten Nanopartikelbeladungen. Ein schnell wachsendes Oropharynxkarzinom-Xenotransplantat (FaDu) zeigt, dass mit Seltenerdionen dotierte Titanoxid-Nanopartikel, die durch intratumorale Injektion verabreicht werden, sich im gesamten Tumor verteilen, von Krebszellen aufgenommen werden und sich passiv im Golgi-Apparat ansammeln. Bei der Strahlentherapie werden die Nanopartikel aktiviert, sodass sie Hydroxylradikale produzieren, den Golgi-Apparat zerstören und die Apoptose der Tumorzellen auslösen. Dies führt zu einer Verringerung der proliferierenden Krebszellen und einer daraus folgenden Verringerung der Tumorneubildungsrate um den Faktor 3,8. Bei der Verwendung von Nanopartikeln zusätzlich zur Strahlentherapie kommt es nicht zu einer Zunahme der systemischen Toxizität. Mit seltenen Erden dotierte Titanoxid-Nanopartikel stellen daher einen neuartigen Ansatz zur Tumorbehandlung durch Zerstörung des Golgi-Apparats der Zellen während der Strahlentherapie dar.