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Nanolaser可以识别杀死血液中的转移癌细胞

据一项新的研究显示,一种称为spaser的纳米激光器可以作为超亮,水溶性,生物相容性探针,能够在血流中发现转移的癌细胞,然后杀死这些细胞。

该研究发现,spaser可用作光学探针,当释放到体内时(可能通过注射或饮用溶液),它可以找到并追踪循环肿瘤细胞(CTC),粘附它们并通过它们破坏这些细胞。将它们分开以防止癌症转移。spaser吸收激光,加热,在细胞中引起冲击波并破坏细胞膜。该研究结果发表在Nature Communications杂志上。

通过受激辐射发射表示表面等离子体扩增的spaser是纳米颗粒,大小约为20纳米,比人类细胞小数百倍。它的表面附有叶酸,可以选择性地分子靶向癌细胞。叶酸受体通常在大多数人癌细胞的表面上过表达,并且在正常细胞中弱表达。

这一发现是由乔治亚州立大学,阿肯色大学医学科学,阿肯色大学小石城分校和俄罗斯科学院西伯利亚分院的研究人员完成的。

“没有其他方法可靠地检测和销毁CTC,”佐治亚州纳米光学中心主任兼物理学教授Mark Stockman博士说。“这是第一次。这种生物相容性的spaser可以追踪这些细胞并将其破坏而不会杀死或损害健康细胞。任何其他化学物质都会损害并可能杀死健康细胞。我们的研究结果可以为癌症患者提供更好的,挽救生命的治疗方案发挥关键作用。“

当癌症通过称为转移的过程扩散到身体的远端部分,通常传播到骨骼,肝脏,肺部和大脑时,就会发生转移性癌症。许多类型的癌症将其称为IV期癌症。根据美国国立卫生研究院国家癌症研究所的数据,一旦癌症扩散,就很难控制,大多数转移性癌症无法通过目前的治疗来治愈。转移发生的最危险方式之一是通过CTC,本研究旨在使用spase来检测和破坏。

本研究中使用的spasers仅为22纳米,创下了最小纳米激光器的记录。纳米是十亿分之一米。大多数结果是用金色球形纳米颗粒获得的,所述金色球形纳米颗粒被二氧化硅壳包围并覆盖有尿素染料,其广泛用于示踪和生物医学诊断。

研究人员研究了spaser在具有高叶酸受体表达的人乳腺癌细胞和具有低叶酸受体表达的内皮细胞以及体内小鼠细胞中的体外能力。

他们发现具有spasers的细胞在高于spasing阈值的不同激光能量下与一个或多个单独的“热点”显示出高图像对比度。用几种光学和电子显微镜技术证实了spasers的存在,这揭示了细胞膜上单个spasers的初始积累,然后它们进入细胞质。

该研究还发现了spasers对人体细胞的低毒性。同时,经受激光照射的spasers选择性地杀死肿瘤细胞而不损害健康细胞。

基于该研究的结果,基于spaser的高对比度成像治疗应用是一个很有前景的领域。数据表明,spasers具有很高的潜力,可作为治疗和诊断剂,整合光学诊断和基于光热的细胞杀伤,仅使用少量激光脉冲杀死癌细胞。

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