Kako nanočestice zlata mogu stvoriti tumore ubijanja lakše

Nanočestice (crne točkice) sjede u ostacima ćelije pomoću kojih su ubili.Uvećaj / Nanočestice (crne točkice) sjede u ostacima ćelije pomogli su u ubijanju. Univerzitet u Michiganu

Jedan od načina ubijanja raka je kuhanje, jer toplina može ubijaju stanice. Trik je, naravno, u tome da kuhamo samo rak i a ne okolno tkivo. Da biste to učinili, morate imati račun točna predodžba o opsegu tumora, precizan mehanizam za isporučujući toplinu i prokleto dobar termometar. Može vas iznenaditi naučiti da zlatne nanočestice rade prilično dobar posao postizanja prva dva. Treći – dobar termometar – izmakao je istraživačima već dosta dugo. Ali, sada se čini da zlato nanočestice mogu osigurati puni trifecta.

Utapanje tumora u rastaljenom zlatu

Neki rakovi – oni koje većina ljudi zamisli kad razmišljaju karcinom – formiraju grudice tkiva. U određenom trenutku ove kvržice zahtijevaju a zaliha krvi. Jednom kada se opskrbi krvnim žilama, tumor ne može samo rastu, ali ima lako dostupan transportni sustav za isporučiti stanice koje mogu rak širiti po tijelu. Za pacijenta to nije dobra vijest.

Razvoj opskrbe krvlju otvara nova snimanja i mogućnosti liječenja, ipak. Tumori raka nisu dobro organizirani tkiva u usporedbi sa zdravim tkivom poput mišićnog ili bubrežnog tkiva. Tako ima puno čvorova i tumora koji mogu zarobiti male čestice. A upravo je ta neorganiziranost upravo ono što istražuju nadam se iskoristiti. Zlatne nanočestice se ubrizgavaju u krvotok; oni napuštaju opskrbu krvlju, ali u većini slučajeva tijela, brzo se čiste. Osim toga, unutar tumora nanočestice dominiraju na sve strane.

Ova tendencija tumora za skupljanjem zlatnih nanočestica rezultira lijepim markerom koji se može koristiti za sliku raka. Za na primjer, zlatne nanočestice će blistati jako kad zasjate svjetlost na njima (obično crveno svjetlo). Taj sjaj se može čak i zamisliti ako je tumor prilično duboko u tijelu. Alternativno, zlato nanočestice se mogu spojiti na kontrastno sredstvo koje je dizajnirano da se prikaže gore u MRI skeneru. Čak se mogu koristiti i rendgenski snimci.

I nanočestice mogu pomoći ubijanju karcinoma. Kad zasjaš svjetlost zlatne nanočestice, ona ne samo svijetli jarko, već također zagrijava. Dakle, u principu, možete sjajati laserskim svjetlom kožu i lokalno zagrijavaju rak do točke gdje je tumor ćelije se ubijaju.

Problem je pravilno presuditi liječenje: ako primijenite i vi mnogo topline, oštetit ćete okolno tkivo; ako se ne prijavite dovoljno topline, tumor se neće oštetiti. Da pogodim slatko mjesto između dva dosljedno, trebali biste biti u mogućnosti mjeriti temperatura nanočestica. To bi omogućilo neku vrstu vođeno liječenje.

Vidjevši vrućinu

Način nanočestice može sadržavati i informacije o tome temperatura. Usavršavati tretman je, dakle, samo stvar vađenja tih podataka. Dakle, hajmo se posramiti i pogledati pojedinosti.

Kad laserska svjetlost pogodi metal, elektroni koji su slobodni kretati se, potjerati svjetlosno električno polje. Dakle, kao svjetlost električno polje mijenja amplitudu i smjer, elektroni se osjećaju sila polja i vođeni su naprijed-natrag.

U nanočestici, elektroni se nemaju puno prostora za pomicanje oko. Dakle, kako svjetlost pokreće elektrone, i elektroni mogu samo slos s jednog kraja nanočestice na drugi. Ovo je jako poput vode u loncu. Protresite lonac na pravoj frekvenciji a vodeni se valovi nadograđuju dok ne završite sa mokrim nogama. To je zato što se lonac tresao na rezonantnu frekvenciju valovi se slijevaju oko njega. Isto vrijedi i za zlato nanočestice: sjaj svjetlosti prave boje na čestici i elektroni će se pokretati u rezonanci koja se naziva površinski plazmon rezonancija.

Snaga ovih oscilacija je ono što čini zlato nanočestice blistaju tako sjajno: drže ih veliki broj elektroni koji se ubrzavaju naprijed i natrag, zrače energijom kao fotoni. Nanočestice ne svijetluju isključivo istom bojom lasersko svjetlo na kojem smo svjetlucali. Velika količina svjetla ima a crvenu boju, a mala količina ima plaviju boju.

Ključno za ovo novo djelo je da su promjene ovih boja ovisna o temperaturi.

Elektroni su malo poput plina koji teče kroz rešetkastu strukturu zlatnih jezgara, koja je poput 3D rešetke. brzina kojom se kreću određena je temperaturom. U drugom riječima, temperatura je mjera prosječne energije elektroni.

Dobre Vibracije

Elektroni nisu oprezni pokretači, pažljivo se kreću između zlatnih jezgara. Umjesto toga, drže se poput lopte na a fliper stol, upadajući u jezgre svake femtosekunde ili tako nešto. Kada oni mogu izgubiti energiju postavljanjem vibracija zlatnih jezgara (zbog čega njegovi susjedi vibriraju, kao rezultirajući zvučni val putuje dalje od mjesta sudara). Elektroni mogu također dobiti energiju ako pogodi jezgru koja već vibrira. vibracije zlatnih jezgara predstavljaju energiju pohranjenu u rešetke jezgara i uvijek postoje neke vibracije predstaviti.

To znači da postoje dvije relevantne temperature: temperatura elektrona i temperatura rešetke od zlatne jezgre. U normalnim okolnostima energija se vraća natrag i naprijed vrlo brzo između dvije, tako da su dvije temperature gotovo uvijek isto.

Kad uključimo laser, ta pažljiva ravnoteža je snažno uznemireni dok elektroni ubrzavaju svjetlost. Kad bismo mogli mjerimo njihovu temperaturu, dobili bismo vrlo visok broj. Na istovremeno, elektroni se i dalje sudaraju s jezgrama. Kao Kao rezultat, rešetka se također počinje zagrijavati. Većina energije staviti u tresenje zlatnih jezgara oko krajeva koji se prenose u vanjskog svijeta – u ovom slučaju tumor. To je ono na što se može koristiti Ubij to.

U međuvremenu, elektroni emitiraju svjetlost. Jer većina elektroni gube energiju na rešetku, sjaj nanočesticama dominiraju boje koje su crvene od one osvjetljavajući svjetlost. Ali postupak ide u oba smjera. Elektroni koji apsorbiraju energiju iz vibracije rešetke emitirat će svjetlost koja je plaviji od izvorne laserske svjetlosti. Taj je postupak mnogo rjeđi, jer je rešetka prilično hladna. Međutim, kako se rešetka zagrijava gore, intenzitet plave svjetlosti raste. Dakle, mjerenjem vrijednosti omjer plave i crvene svjetlosti, možete dobiti točnu mjeru temperatura.

Mjerenje topline

Ovo je zapravo uobičajena tehnika u fizici izgaranja, kao što je to omogućuje istraživačima daljinsko mjerenje temperature plinova u komore za izgaranje (obično mjere dušik). Ali primjenu o nanočesticama je znatno drugačiji prijedlog. Problem je da je rezonanca koja emitira svjetlost toliko svjetlija djeluje samo za neke boje. Ako su to one boje Ako se izmjeri za praćenje temperature, onda će sve baciti isključen. Na primjer, crvene boje mogu biti jače poboljšane od plavih boja, u tom slučaju biste izračunali a puno niža temperatura nego što je zapravo slučaj.

Ovdje dolazi dobra kemija i proračuni. Kad zlato nanočestice se sintetiziraju, moguće je prilagoditi njihov oblik i veličine tako da velika većina čestica ima slične dimenzije. U ovom slučaju, moguće je izračunati kako svaki boja se pojačava rezonancom. Jednom kad uzmete rezonancu poboljšanja, imate model s točno jednim besplatnim parametar (temperatura rešetke). Podesite podatke s vašim modelom, a ti imaš temperaturu.

Kad znate kako nanočestica reagira, možete i vi koristiti to za povećanje preciznosti mjerenja temperature. Vidite, plava svjetlost često je negdje između 100 do 10.000 puta slabije od crvenog svjetla (jer su vibracije rešetke rijetko kad je rešetka hladna). Ali, ako je lasersko osvjetljenje valna duljina i oblik nanočestica odabrani su tako da plava svjetlost je snažno pojačan u usporedbi s crvenom, tada je omjer plave prema crveno se svjetlo približava jednom. To znači da je vrijeme provedeno na okupljanju svjetlost za mjerenje je mnogo kraća i preciznija mogu se dobiti temperature.

Čitava ideja je prilično cool.

Svjetlost dana se ne vidi

Ipak, mislim da će to biti vrlo teško terapijske primjene. Prije svega, čak i ako su nanočestice poboljšati plaviji dio svjetlosnog spektra, intervenirajući tkivo će ga prilično snažno raspršiti. Dakle, na kraju može ne smije biti dovoljno plave svjetlosti da se uopće postigne točna mjera udaljenost od tumora. I trebat će više uključiti izračuna kako bismo shvatili kako će se to raspršenje promijeniti izmjereni omjer.

Veći problem je veza između temperature i temperature površinska plazmonska rezonanca. Kao što smo rekli, o toj rezonanci ovisi oblik čestice. Tijekom eksperimenata, istraživači neprestano provjeravao da se oblik nije promijenio. Zašto bi učiniti? Jer toplina koju stvaraju dok uzbuđuju nanočestica će ga rastopiti, a kad to učinite, nanočestica oblik će se promijeniti. U tijelu, ne postoji način da se potvrdi da oblik se nije promijenio.

U terapijskim tretmanima obično se koriste sferne čestice. U tom slučaju, grijanjem neće doći do promjene oblika. istraživanje je, međutim, provedeno na česticama u obliku štapa, jer omogućuju vam podešavanje frekvencije rezonancije i pojačavanje plavo svjetlo. Ne postoji mogućnost podešavanja sfernih nanočestica, što vas vraća nedostatku plave svjetlosti. Čini se da je ulov 22.

Dakle, ovo je cool ideja za koju se nadam da je i dalje od laboratorija. Ali trebat će nekoliko godina da se riješe kinke.

Nano Letters, 2017, DOI: 10.1021 / acs.nanolett.7b04145

Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: