영상 유도 초음파 역학 종양 치료에는 통합된 초음파 역학 및 근적외선(NIR) 영상 기술이 포함된 새로운 치료용 초음파 증감제가 필요합니다. 그러나 NIR 방출 기능과 음향 역학적 거동을 모두 갖춘 단일 재료를 개발하는 것은 여전히 중요한 과제로 남아 있습니다.
네이처 커뮤니케이션즈( Nature Communications ) 저널에 발표된 최근 연구에서는 좁은 밴드갭과 오래 지속되는 활성화된 삼중항 모드가 있는 NIR 인광 탄소점(CD)을 사용하여 초음파역학적 종양 치료를 위한 새로운 NIR 방출 초음파 증감제를 설명함으로써 이 문제를 해결합니다.
소노다이나믹 종양 요법이란 무엇입니까?
초음파 감작제와 저강도 초음파(US) 방사선을 사용하여 암세포 사멸을 유발하는 항종 양 활성산소종(ROS)을 생성하는 초음파 역학적 종양 요법은 흥미로운 비침습적 치료 접근 방식으로 소개되었습니다. 이는 조직 침투 깊이를 확산시키고 부작용을 최소화하는 데 상당한 이점이 있기 때문입니다.
이러한 맥락에서 효과적인 초음파 역학 종양 치료를 위해 유기 화학 물질 및 금속 기반 무기 나노 결정에서 파생된 여러 음파 감작제가 생산되었습니다.
소노다이나믹 종양 요법의 급성장하는 영역에서 상당한 진전이 있었지만, 소노감작제로부터의 저수율 ROS 생산은 치료 적용의 근본적인 제약입니다. 결과적으로 반도체 sonosensitizers의 고수율 ROS 형성을 향상시키는 열역학 및 동적 매개변수를 조작하는 것이 매우 중요합니다.
sonosensitizer의 좁은 밴드갭은 전자-정공 쌍을 생성하는 데 더 적은 에너지를 사용하기 때문에 바람직한 열역학적 특성입니다. 유사하게, 장수명의 전하 운반체가 촉매 활성에 더 잘 관여할 수 있기 때문에 소노 감작제의 더 긴 여기 상태 수명은 긍정적인 역학적 요인입니다.
종양 치료를 위한 근적외선(NIR) 인광 재료
위의 고려 사항을 기반으로 효율적인 전하 캐리어 자극, 해리 및 화학 반응을 위해 작은 밴드 갭과 긴 캐리어 수명을 갖는 고효율 음파 증감제를 설계하는 것이 합리적입니다. 그럼에도 불구하고, 이산화티타늄으로 만들어진 기존의 반도체 초음파 증감제는 밴드갭이 크고 캐리어 수명이 제한되어 적용 가능성이 제한됩니다.
표적 치료제의 등장으로 표적 암 치료를 위한 새로운 치료 나노 의약품 개발에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 그러나 영상 유도 음파 역학 종양 치료를 위해서는 통합된 초음파 역학 및 영상 양식을 갖춘 잠재적인 치료 음향 과민제가 시급히 필요합니다.
실온 잔광 방출을 갖는 인광 물질은 최근 광전자공학, 데이터 보호 및 최소 노이즈로 시간 분해 생물 의학 이미징의 응용 분야에서 인기를 얻었습니다. 특히 근적외선 인광 물질은 매우 긴 캐리어 수명과 좁은 밴드갭으로 인해 효율적인 음향 증감 제로 설계될 수 있습니다.
이러한 상황에서 우수한 생체 활성과 저렴한 비용을 가진 금속이 없는 구성 요소로부터 NIR 인광 물질을 생산하는 것은 인광 영상 및 초음파 역학적 종양 치료를 조사하기 위한 판도를 바꾸는 전략이 될 것입니다.
카본 도트를 이용한 초음파 역학 종양 치료
이 연구에서 연구원들은 NIR 영상 유도 초음파역학적 종양 치료를 위해 좁은 밴드갭을 가진 다기능 탄소점(CD)을 기반으로 하는 새로운 범주의 치료 플랫폼을 제시했습니다.
손쉬운 1단계 생산 접근 방식인 마이크로파 합성은 술폰 수용체에 의해 쉽게 조작되는 전도성 유형의 탄소 점으로 탄소 점의 규제된 생성을 위해 고안되었습니다.
복잡한 후처리 및 시간 소모를 포함하여 이전에 개발된 준비 기술과 대조적으로 이 작업에서 확립된 고효율 및 1단계 접근 방식은 양-음(pn) 접합 탄소점의 저비용 제조에 적합합니다.
이 합성 과정을 사용하여 생성된 독특한 전자 구조를 가진 탄소점은 낮은 에너지 캐리어 자극, 고효율 전하 분리 및 태양 전지, 광촉매 화합물 및 생물 의학 이미징과 같은 많은 현재 기술에 대한 큰 가능성을 가지고 있습니다.
현재 연구의 중요한 하이라이트
준비된 pn 카본 도트는 좁은 밴드갭과 긴 캐리어 수명을 가지고 있습니다. 이러한 특성은 저강도 초음파 조사에서 초음파 역학적 종양 치료를 개선하는 데 열역학적 및 동적으로 유리합니다.
NIR-인광 탄소점은 전자-정공 쌍의 공간적 해리와 표적 부위로의 신속한 이동을 촉진할 수 있는 양극(p-) 및 음극(n)형 표면 기능화 영역을 가진 양극성 양자점입니다.
또한, 암 세포막 포착은 단일 용량 및 단일 방사선으로 고형 종양을 완전히 제거하여 표적 종양 치료를 위한 암 특이적 표적화 및 치료용 탄소점의 높은 수준의 종양 내 농도를 허용합니다.
이러한 발견은 초음파 역학적 종양 치료를 위해 수명이 긴 삼중항 여기 상태를 갖는 인광 물질을 조작하는 잠재적 전략의 길을 열 것으로 기대됩니다.
출처: Geng, B. et al. (2022). 초음파 역학 정밀 종양 치료를 위한 근적외선 인광 탄소점. 네이처 커뮤니케이션즈
후세인 아메트 (AZO NANO)
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