レーザーとナノ粒子: がん治療の未来がここにあります

この図は、後肢に癌性腫瘍のあるマウスを示しています。 ナノ粒子は腫瘍に直接注入され、その後近赤外レーザー光が照射されます。 近赤外線レーザー光は組織をよく透過し、熱傷を引き起こしません。 [カミラ・ノレガード/パナム研究所]

がん性腫瘍に微細な粒子を注射し、レーザーで攻撃するというのは、SF のページからそのまま切り取ったアイデアのように思えます。 しかし、それはまさに、ニールス・ボーア研究所とコペンハーゲン大学健康科学部の研究者らが癌細胞を殺すために開発してきた治療戦略である。

研究者らは、最近Scientific Reportsに掲載された「光熱がん治療に最適なプラズモニック・ナノヒーターを特定するための単一粒子およ​​びPETベースのプラットフォーム」というタイトルの記事で研究結果を報告しており、この治療法はマウスで試験され、結果が得られたと報告している。腫瘍がかなり損傷していることを示しています。

「治療には、小さなナノ粒子をがんに直接注射することが含まれます」と、コペンハーゲン大学内のニールス・ボーア研究所の生物物理学者であり研究グループ光ピンセットの責任者であり、研究の上級著者であるリーン・オダーシェッド博士は説明した。 「次に、レーザーを使用して外部からナノ粒子を加熱します。これはナノ粒子とレーザー光の間の強力な相互作用であり、これにより粒子が加熱されます。その後何が起こるかというと、加熱された粒子ががん細胞に損傷を与えるか、がん細胞を死滅させます。」

実験は、さまざまなサイズと構造のナノ粒子を使用して実行されました。 シリーズの最初の 2 つは純金で構成され、最後のものは金の表面を備えたガラスのコアで構成されていました。 ビーズは、波長 807 nm および 1064 nm の近赤外光で照射されました。 最も効果的なナノ粒子は、金メッキされたガラスビーズでした。 [カミラ・ノレガード/パナム研究所]

放射線や化学療法などの従来のがん治療には、腫瘍だけでなく体の健康な部分にも影響を与えるため、大きな副作用があります。 ニールス・ボーア研究所の物理学者と、パナム研究所およびリグショスピタレットの医師および生物学者との間で行われた大規模な学際的研究プロジェクトは、局所的ながん腫瘍にのみ影響を及ぼし、したがって身体にはるかに優しい新しい治療法の開発に着手した。 このプロジェクトは、Laser Activated Nanoparticles for Tumor Elimination (LANTERN) と呼ばれています。

研究者らはさまざまな生体膜を使った実験を行った後、生きたマウスでその方法をテストした。 これらの実験では、実験室で培養したヒトがん細胞に由来するがん性腫瘍をマウスに与えました。 研究チームは次に、直径80～150ナノメートル（nm）（ナノメートルは100万分の1ミリメートル）の小さなナノ粒子をテストした。 どの粒子が腫瘍を縮小するのに最も効果的かを決定するために、テストされた粒子は、純金、またはガラスコアとその周囲の薄い金シェルからなるシェル構造のいずれかで構成されていました。

「物理学者として、私たちは光とナノ粒子の間の相互作用に関して優れた専門知識を持っており、加熱されたナノ粒子の温度を非常に正確に測定することができます」とオダーシェッド博士は述べました。 「有効性は、粒子の構造と材質、物理的なサイズ、光の波長の適切な組み合わせによって決まります。」

画像は、大きな腫瘍を持つマウスの PET スキャンを示しています (白い矢印)。 腫瘍はナノ粒子で治療されます。ナノ粒子は腫瘍に直接注入され、近赤外線レーザー光でフラッシュされます。 レーザー光はナノ粒子を加熱し、がん細胞に損傷を与えるか、がん細胞を死滅させます（赤い矢印）。 [カミラ・ノレガード、ジェスパー・トラネケア・ヨルゲンセン/パヌム研究所]

研究者らは、サイズが 150 nm で、金でコーティングされたガラスのコアからなるナノ粒子を使用すると最良の結果が得られることを発見しました。 さらに、ナノ粒子は、組織への透過が最も優れている近赤外レーザー光で照射されました。 従来の放射線療法とは異なり、近赤外レーザー光は通過する組織に熱傷を引き起こしません。

その後、治療から 1 時間後には、研究チームは陽電子放射断層撮影 (PET) スキャンで癌細胞が死滅したことをすでに直接確認でき、その効果は治療後少なくとも 2 日間持続した。

「今、私たちはこの方法が有効であることを証明しました」とオダーシェッド博士は述べた。 「長期的には、ナノ粒子を血流に注入し、転移した可能性のある腫瘍に行き着くこの方法が機能することを望んでいます。PETスキャンを使用すると、腫瘍の位置が確認でき、レーザーを照射できます」 「同時に、照射直後に治療がどの程度うまく機能したかを効果的に評価します。さらに、粒子を化学療法剤でコーティングします。化学療法剤は熱によって放出され、がん細胞を殺すのにも役立ちます。」

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