نانوساختارها به عنوان حامل‌های گسیلنده‌های الکترون اوژه برای بهینه‌سازی عملکرد آنها در درمان سرطان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

فیزیک، دانشکده فیزیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

الکترون‌های اوژه (AE) از واپاشی‌های گیراندازی الکترون یا تبدیل داخلی رادیوایزوتوپ‌هایی مانند ، ، ، ، حاصل می‌شوند. این الکترون‌های کم انرژی، انرژی خود را در فاصله‌ی نانومتر تا میکرومتر تخلیه می‌کنند که منجر به انتقال انرژی خطی بسیار بالا شده و موجب تخریب کامل یاخته‌های سرطانی می‌شوند. داروهای حامل گسیلنده‌های AE پتانسیل بالقوه‌ای برای درمان سرطان دارند. بیشترین تخلیه‌ی انرژی الکترون‌های اوژه در رخ می‌دهد و قطر رشته‌های دوتایی DNA در حدود است و اگر AE ها در مجاورت هسته‌ی یاخته گسیل شوند، رشته‌های DNA به طور کامل تخریب ‌می-شوند. رادیونوکلیددرمانی هدفمند که با انتقال رادیونوکلید توسط نانوساختارها به منظور درمان سرطان انجام می‌شود، تاثیر مهمی در موفقیت فرایند درمان دارد. از نظر پزشکی انتقال رادیوایزوتوپ‌های مهم با استفاده از نانوساختارهای غیرارگانیک و ارگانیک در توسعه‌ی رادیوداروها نقش مهمی دارد. به دلیل بالا بودن نسبت سطح به حجم نانوذرات امکان اتصال تعداد زیادی پلیمر و یا مولکول فعال بیولوژیکی حامل داروهای درمانی و یا عناطر تشخیصی و تصویربرداری، به سطح آنها وجود دارد که پیوند قوی با دریافت‌کننده‌های حسی یاخته‌های تومور را فراهم می‌کند. علاوه بر آن، گسیل فوتوالکترون‌ها و الکترون‌های اوژه از سطح نانوذرات در سیستم‌هایی که در آنها نانوذرات با عدد اتمی بالا به عنوان حامل‌های گسیلنده‌های AE به کار روند، نیز رخ می‌دهد، که اثربخشی درمان را به مقدار بسیار قابل توجهی افزایش می‌دهد و میزان زنده‌مانی بیماران در این شیوه افزایش می‌یابد که به دلیل نفوذ و ماندگاری بیشتر رادیودارو در حضور نانوذرات فلزی است. بنابراین، نوع نانوساختارها و طراحی آنها اهمیت ویژه‌ای می‌یابد. در این مقاله، ویژگی‌های الکترون‌های اوژه و انتقال گسیلنده‌های آنها با استفاده از نانوساختارها در درمان سرطان مورد بررسی قرار می‌گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Nanostructures as carriers of Auger electron emitters for optimizing function of them in cancer therapy

نویسنده [English]

  • Leyla Naderi
faculty of physics, Semnan university, Iran
چکیده [English]

Auger electrons (AEs) are emitted by radionuclides such as , , , that decay by electron capture or internal conversion . These low energy electrons deposit their energy over nanometer-micrometer distance which results in high linear energy transfer that leads to lethal damage in cancer cells. Therefore, radiotherapeutics including the AE-emitting radionuclides have great potential for cancer treatment. The highest energy deposition occurs in , and the diameter of double-strand DNA is about , hence, when AEs are released in the vicinity of the cell nucleus, they can cause lethal double DNA strand breaks. Targeted radionuclide therapy in which radionuclides are carried by nanostructures can be very successful in cancer treatment. Transportation of important radionuclides using organic and inorganic nanostructures has an important role in development of radiotherapeutics and radionuclide therapy. The high surface area to volume ratio of nanoparticles makes them suitable for adding polymers or biologically active molecules including therapeutic or diagnostic elements which have high affinity to the receptors on tumor cells. Therefore, simultaneous imaging and radiotherapeutic is possible. In addition, using high-Z nanoparticles increases the emission of photoelectrons and Auger electrons resulting the more effectiveness of the treatment. Therefore, nanostructure materials and design are very important. In this paper, we discuss the properties of Auger electron and the the transportation of Auger electron emitters by nanostructures in cancer therapy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Auger electron
  • linear energy transfer
  • tumor
  • nanostructure
 
[1] Y. Qin, M. Shen, X. Liu, J. Gu, M. Zhu, X. Yi, ACS Applied Materials & Interfaces, 13, 49671-49681,(2021).
[2] N.A. Gharibkandi, J. Gierałtowska, K. Wawrowicz, A. Bilewicz, Materials, 15, 1143,(2022).
[3] A. Ku, V.J. Facca, Z. Cai, R.M. Reilly, EJNMMI radiopharmacy and chemistry, 4, 1-36,(2019).
[4] A.I. Kassis, International journal of radiation biology, 80, 789-803,(2004).
[5] S. Aghevlian, A.J. Boyle, R.M. Reilly, Advanced drug delivery reviews, 109, 102-118,(2017).
[6] A.A.S. Tavares, J.M.R. Tavares, International journal of radiation biology, 86, 261-270,(2010).
[7] Y. Chao, C. Liang, Y. Yang, G. Wang, D. Maiti, L. Tian, F. Wang, W. Pan, S. Wu, K. Yang, ACS nano, 12, 7519-7528,(2018).
[8] S. Imstepf, V. Pierroz, P. Raposinho, M. Bauwens, M. Felber, T. Fox, A.B. Shapiro, R. Freudenberg, C. Fernandes, S. Gama, Bioconjugate chemistry, 26, 2397-2407,(2015).
[9] F. Buchegger, F. Perillo-Adamer, Y.M. Dupertuis, A. Bischof Delaloye, European journal of nuclear medicine and molecular imaging, 33, 1352-1363,(2006).
[10] M.B. Idrissou, A. Pichard, B. Tee, T. Kibedi, S. Poty, J.-P. Pouget, Pharmaceutics, 13, 980,(2021).
[11] R. Onoue, H. Watanabe, M. Ono, Chemical Communications,(2023).
[12] B. Cornelissen, K. A Vallis, Current drug discovery technologies, 7, 263-279,(2010).
[13] J. Pellico, P.J. Gawne, R.T. de Rosales, Chemical Society Reviews, 50, 3355-3423,(2021).
[14] K. Wawrowicz, A. Majkowska-Pilip, D. Gaweł, E. Chajduk, T. Pieńkowski, A. Bilewicz, Molecules, 26, 2051,(2021).
[15] Z. Zhang, J. Wang, C. Chen, Advanced Materials, 25, 3869-3880,(2013).
[16] C. Liang, Y. Chao, X. Yi, J. Xu, L. Feng, Q. Zhao, K. Yang, Z. Liu, Biomaterials, 197, 368-379,(2019).
[17] C.G. England, A.M. Gobin, H.B. Frieboes, The European Physical Journal Plus, 130, 1-16,(2015).
[18] A. Yokoya, T. Ito, International journal of radiation biology, 93, 743-756,(2017).
[19] M. Laprise‐Pelletier, T. Simão, M.A. Fortin, Advanced healthcare materials, 7, 1701460,(2018).
[20] Z. Kuncic, S. Lacombe, Physics in Medicine & Biology, 63, 02TR01,(2018).
[21] A. Majkowska-Pilip, W. Gawęda, K. Żelechowska-Matysiak, K. Wawrowicz, A. Bilewicz, Nanomaterials, 10, 1366,(2020).
[22] L. Aranda-Lara, E. Morales-Avila, M.A. Luna-Gutiérrez, E. Olivé-Alvarez, K. Isaac-Olivé, Chemistry and Physics of Lipids, 230, 104934,(2020).
[23] L.M. Ickenstein, K. Edwards, S. Sjöberg, J. Carlsson, L. Gedda, Nuclear medicine and biology, 33, 773-783,(2006).
[24] J. Owen, E. Thomas, J. Menon, M. Gray, I. Skaripa-Koukelli, M.R. Gill, S. Wallington, R.L. Miller, K.A. Vallis, R. Carlisle, Journal of Controlled Release, 319, 222-233,(2020).
[25] R. Clanton, A. Gonzalez, S. Shankar, G. Akabani, Applied Radiation and Isotopes, 131, 49-57,(2018).
[26] M.M. Mahan, A.L. Doiron, Journal of nanomaterials, 2018,(2018).
[27] A. Pronschinske, P. Pedevilla, C.J. Murphy, E.A. Lewis, F.R. Lucci, G. Brown, G. Pappas, A. Michaelides, E.C.H. Sykes, Nature materials, 14, 904-907,(2015).
[28] W. Su, H. Wang, T. Wang, X. Li, Z. Tang, S. Zhao, M. Zhang, D. Li, X. Jiang, T. Gong, Advanced Science, 7, 1903585,(2020).
[29] G. Valabrega, F. Montemurro, M. Aglietta, Annals of Oncology, 18, 977–984,(2007).
[30] L. Song, N. Falzone, K.A. Vallis, International Journal of Radiation and Biology, 92, 716–723,(2016).
[31] Z. Cai, N. Chattopadhyay, K. Yang, Y.L. Kwon, S. Yook, J.P. Pignol, R.M. Reilly, Nuclear Medicine and Biology, 43(12), 818–26,(2016).
[32] Y. Lu, G.N.N. Mbong, P. Liu, C. Chan, Z. Cai, D. Weinrich, A.J. Boyle, R.M. Reilly, M.A. Winnik, Biomacromolecules, 15, 2027–2037,(2014).
[33] G.N.N. Mbong, Y. Lu, C. Chan, Z. Cai, P. Liu, A.J. Boyle, M.A. Winnik, R.M. Reilly, Molecular Pharmaceutics, 12, 1951–1960,(2015).
[34] C. Chan, Z. Cai, R.M. Reilly, Pharmaceutical. Research, 30, 1999–2009,(2013).
[35] H. Fonge, H. Lee, R.M. Reilly, C. Allen, Molecular Pharmaceutics, 7(1):177–86,(2009).
[36] B. Hoang, R.M. Reilly, C. Allen, Biomacromolecules, 13(2), 455–65,(2012).
[37] M.X. Cheng, Y.X. Huang, H.J. Zhou, Z. Liu, J.F. Li, Journal of Nuclear Medicine, 51 (Suppl. 2), 1004,(2010).
[38] D. Emfietzoglou, K. Kostarelos, A. Papakostas, W.H. Yang, A. Ballangrud, H. Song, Journal of Nuclear Medicine, 46, 89–97,(2005).