Novosyntetizované MXénové a molybdénové nanočastice ako sľubný nástroj vo fototermálnej terapii nádorov

Úvod: Duktálny adenokarcinóm pankreasu (PDAC) je jednou z hlavých príčin úmrtí na rakovinu v Európe. Fototermálna terapia (PTT), založená na rýchlom zahriatí plazmonických nanočastíc (NPs), ktoré absorbujú laserové svetlo v blízkych infračervených biologických pásmach NIR-I a NIR-II (near-infrared), predstavuje sľubný nástroj na selektívne zasiahnutie nádorových buniek bez ovplyvnenia zdravého tkaniva [1]. Súčasný výskum sa zameriava na použitie finančne dostupných nanomateriálov, predovšetkým na nestechiometrický oxid molybdénu MoO_x, či na novú triedu plazmonických materiálov, MXénov [2]. Účinnosť PTT možno zvýšiť funkcionalizáciou NPs protilátkami rozoznávajúcimi nádorovo asociované proteíny, napr. karbonickú anhydrázu IX (CAIX), čo je biomarker asociovaný s agresívnymi tumormi a metastázovaním [3].

Ciele: Cieľom práce bolo overiť účinnosť NPs Ti₃C₂ MXene a MoO_x, pripravených v spolupráci s CEMEA a FÚ SAV, v PTT in vitro meraním zahrievacej schopnosti NPs a stanovením klonogenicity buniek karcinómu pankreasu pred a po laserovom ožiarení (IR). Naším cieľom bolo tiež potvrdiť vysoko špecifickú väzbu NPs funkcionalizovaných protilátkou M75 na rakovinové bunky exprimujúce CAIX a stanoviť terapeutickú koncentráciu NPs, ktorá nie je cytotoxická pre bunky bez IR.

Materiál a metódy: Pracovali sme s bunkovou líniou COLO357, odvodenou od metastázy adenokarcinómu pankreasu. Bunky sme kultivovali v normoxii alebo v  1 % hypoxii. Fototermálne vlastnosti NPs sme stanovovali pomocou laserového diódového modulu pre fototermálnu konverziu (808 nm, 300 mW, 1 W/cm²). Teplotu po IR sme merali termočlánkom typu K spojeným s teplomerom Extech SDL200. Naväzovanie NPs na bunky a ich internalizáciu sme detegovali pomocou imunofluorescencie prostredníctvom konfokálneho mikroskopu Zeiss LSM 510 Meta. Cytotoxicitu samotných NPs bez ožiarenia sme stanovili pomocou Cell Titer Blue (CTB) analýzy. Pri analýze klonogenicity sme po sformovaní klonov bunky ofarbili kryštálovou violeťou a klony odfotili na prístroji ChemiDoc (Bio-Rad).

Výsledky: Zásobný roztok Ti₃C₂-M75 (sediment) dosiahol nárast teploty o 34 °C a MoO_x-M75 o 27 °C po 5 min. IR. Pri monovrstvách COLO357 preukázal najvyšší rozdiel teplôt Ti₃C₂-M75 (sediment, 20 μl), pričom teplota v tejto vzorke vzrástla o 7,6 °C po 1 min. IR. Dokázali sme, že fototermálny efekt závisí od typu NPs, ich koncentrácie a od doby IR. Po 24 hod. inkubácii COLO357 s Ti₃C₂-M75 sa NPs selektívne naväzovali na hypoxicky predinkubované bunky v monovrstve, ktoré exprimovali CAIX, pričom dochádzalo k internalizácii časti NPs Ti₃C₂-M75 dovnútra buniek prostredníctvom klatrínovej endocytickej cesty. Špecifické naväzovanie funkcionalizovaných NPs na bunky exprimujúce CAIX sme potvrdili aj pre MoO_x-M75. Účinok nanokonjugátov na životaschopnosť buniek bez IR preukázal, že interakcia Ti₃C₂-M75 v koncentrácii do 10 µg/ml s COLO357 podstatne neovplyvňuje viabilitu buniek. Viac ako 3-násobné zníženie životaschopnosti COLO357 po pridaní MoO_x-M75 a IR počas 3 min. potvrdila analýza klonogenicity.

Záver: Charakterizované nanočastice Ti₃C₂-M75 a MoO_x-M75 môžeme považovať za potenciálne terapeutické činidlá v PTT in vitro, avšak pre ďalšie aplikácie je potrebné vykonať ich komplexnejšiu charakterizáciu a testy v in vivo PTT.