Nanopartikel:Ein neuer Ansatz zur Verbesserung der Krebsdiagnose und -behandlung

Einführung

Die Inzidenz und Mortalität von Tumoren ist weltweit nach wie vor hoch. Jedes Jahr gibt es fast 14 Millionen neue Krebspatienten und 8 Millionen Menschen sterben an krebsbedingten Krankheiten [1]. Traditionelle Tumorbehandlungen wie Chemotherapie, gezielte Therapie, Strahlentherapie, Operation etc. stehen in den letzten Jahren ständig in der Kritik, dass sie in der Entwicklung stecken bleiben und viele Nebenwirkungen und unbefriedigende Behandlungsergebnisse haben. Aufgrund der Unzulänglichkeiten traditioneller Tumortherapien haben immer mehr Forschungen damit begonnen, nach neuen medizinischen Tumormethoden mit Targeting-Fähigkeit, wirksamer Fähigkeit zur Abtötung von Tumorstammzellen und geringfügigen Nebenwirkungen zu suchen. Neue Tumorbehandlungsmethoden umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Immuntherapie, zielgerichtete Therapie, physikalische Ablation, Gentherapie, Photodynamische Therapie (PDT) und Photothermische Therapie (PTT), die im Vergleich zur herkömmlichen Tumortherapie eine überlegene Wirksamkeit gezeigt haben. Die Behandlungsmethoden hierin weisen alle ein gemeinsames Merkmal auf, das eine Kooperation des Trägers erfordert. Obwohl Viren als Träger verwendet werden können, wurde bestätigt, dass virale Vektoren Insertionsmutagenese und Immunogenität verursachen [2]. Daher hat die Suche nach einem sichereren und effektiveren Transportunternehmen oberste Priorität.

Aufgrund der geringen Größe, Biosicherheit, Wirkstoffbeladung und physikalischen Eigenschaften der Nanopartikel können die physikalische Therapie unterstützt werden. Nanopartikel werden zunehmend als Träger für neue Tumorbehandlungsmethoden verwendet. Diese durch Nanopartikel vermittelten Therapien haben die Vorteile einer Multifunktionalität, weniger Nebenwirkungen und einer besseren heilenden Wirkung [3]. Darüber hinaus weisen viele durch Nanopartikel vermittelte medizinische Bildgebungstechnologien auch eine bessere Klarheit und Genauigkeit auf, was zu einer genauen Tumordiagnose beiträgt [4]. Mit der Entwicklung der Nano- und Medizintechnik wurden Metalle und biologische Materialien wie Gold, Silber, Eisen, Liposomen etc. in großem Umfang bei der Herstellung von medizinischen Nanopartikeln (NPs) eingesetzt [5]. Gegenwärtig verwenden viele Forscher diese Materialien auf der Grundlage ihrer physikalischen, chemischen und/oder biologischen Eigenschaften, um Medikamente, Bildgebungsmittel und sogar Gene in Nanopartikel einzubetten, wodurch das bestehende Gebiet der Tumordiagnose und -behandlung erweitert wird, z. Kryochirurgie, PTT und PDT [6].

Darüber hinaus gibt es das Phänomen, dass die meisten Nanopartikel nur im In-vivo- und In-vitro-Stadium verbleiben. Es fehlt jedoch an Literatur, um die Gründe zusammenzufassen, die die klinische Anwendung von NPs abschrecken. Ziel dieses Artikels ist es daher, nicht nur den Anwendungsstatus von Nanopartikeln im Bereich der Tumordiagnostik und -therapie zusammenzufassen, sondern auch die Faktoren zu finden, die den Eintritt von Nanopartikeln in klinische Anwendungen hemmen, und praktikable Lösungen vorzuschlagen.

Herstellung und Charakterisierung medizinischer funktioneller Nanopartikel

In der Medizin gebräuchliche Nanopartikel lassen sich in drei Typen einteilen:Metall-Nanopartikel, Nichtmetall-Nanopartikel und Komposit-Nanopartikel entsprechend ihrer Bestandteile und Funktionen, und ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften werden durch Parameter wie Größe und Form beeinflusst. Angesichts der funktionellen Anforderungen von Nanopartikeln in unterschiedlichen Anwendungsrichtungen ist es daher sehr wichtig, ein geeignetes Herstellungsverfahren zu wählen. Alle Herstellungsmethoden von Nanopartikeln können in zwei Methoden eingeteilt werden:Bottom-Up-Ansätze und Top-Down-Ansätze. Der Bottom-up-Ansatz besteht im Wesentlichen aus übereinander gestapelten Grundeinheiten (Atome, Moleküle und noch kleinere Partikel können als Grundlage für den Aufbau der erforderlichen Nanostrukturen verwendet werden), um Nanopartikel zu bilden, während der Top-down-Ansatz im Wesentlichen ein ganzes festes Material ist beginnt sich in Nanopartikel zu zersetzen [7]. Tabelle 1 listet einige Beispiele für die Herstellung medizinischer Nanopartikel auf.

Unter den drei Arten von Nanopartikeln, die üblicherweise in der Medizin verwendet werden, sind Metall-Nanopartikel die am weitesten verbreitete. Metallnanopartikelmaterialien umfassen Metalle und Metalloxide. Das am häufigsten verwendete Herstellungsverfahren für Metallnanopartikel ist das Sol-Gel-Verfahren (Sol-Gel), das vom japanischen Wissenschaftler Sugimoto et al. vorgeschlagen wurde. in den 1990er Jahren, die häufig zur Herstellung monodisperser Metalloxidpartikel in flüssiger Phase verwendet wird. Die Sol-Gel-Methode ist ein Bottom-up-Präparationsprozess. Das Hauptprinzip dieses Verfahrens zur Herstellung von Metallnanopartikeln besteht darin, durch chemische und physikalische Mittel ein gleichmäßig dispergiertes Sol von Metallionen zu bilden und dann durch Redoxreaktion ein Gel zu bilden. Die im Gel erzeugten Metallnanopartikel können kontrolliert Keime bilden, wachsen und sich ablagern. Solange die Monodispersität des im Experiment verwendeten Metallkolloids, das Konzentrationsverhältnis der Metallionen und des Oxidations-/Reduktionsmittels kontrolliert werden, kann die Größe der synthetisierten Metallnanopartikel kontrolliert werden. Abbildung 1 ist das schematische Diagramm der Sol-Gel-Methode.

Schematische Darstellung der Sol-Gel-Methode

Zu den häufig verwendeten Bottom-up-Methoden zur Herstellung von Metallnanopartikeln gehören die Co-Präzipitation, der hydrothermale Ansatz und die photochemische Methode. Das Co-Depositionsverfahren ist ein gleichzeitiger Prozess der Keimbildung, des Wachstums und der Aggregation in einer flüssigen Umgebung. Wenn die Lösung übersättigt ist, wird eine große Anzahl kleiner Partikel unlöslicher Produkte erhalten [15]. Das hydrothermale Verfahren ist ein Verfahren, das in einer flüssigen Umgebung durchgeführt wird, um die Morphologie der resultierenden Nanopartikel zu kontrollieren, indem der Dampfdruck kontrolliert wird, der auf das Material in der Lösung ausgeübt wird. Darüber hinaus gibt es einige Top-Down-Methoden zur Herstellung von Metallnanopartikeln, wie zum Beispiel die Explosion von Elektrodrähten und das Kugelmahlen. Das Prinzip der elektrischen Drahtexplosion besteht darin, dass bei der elektrischen Explosion die Metallatome verdampft und im Elektrolyten schnell abgekühlt werden, um Oxid-Nanopartikel zu bilden. Durch Steuerung der Elektrolytzusammensetzung und Stromstärke können feinere und gleichmäßigere Nanopartikel gesteuert werden. Kugelfräsen ist ein Verfahren zur schnellen und großtechnischen Herstellung von Nanopartikeln mit kontrollierbarer Größe unter Verwendung von Bearbeitungswerkzeugen wie dem Fräsen von Planetenrädern durch Auswahl geeigneter Schleifzeiten und zugehöriger Geräteprozessparameter. Neben Metallnanopartikeln kann diese Herstellungsmethode auch auf andere Arten von Nanopartikeln angewendet werden.

Der zweite gängige Typ sind nichtmetallische Nanopartikel. Nichtmetallische Nanopartikel, die üblicherweise in der Medizin verwendet werden, umfassen Polymer-Nanopartikel, von Biomolekülen abgeleitete NPs, kohlenstoffbasierte NPs und Siliziumdioxid-Nanopartikel [16,17,18]. Unter ihnen sind Siliziumdioxid-Nanopartikel am repräsentativsten. Die Silica-Oberfläche weist reichlich Hydroxylgruppen auf, was die Bindung von Sonden oder fluoreszierenden Gruppen an der Oberfläche erleichtert und daher eine flexiblere Funktionalität aufweist. Die gebräuchlichsten Synthesemethoden von Silica-Nanopartikeln sind die Sol-Gel-Methode und die Stöber-Methode [19, 20]. Die klassische Stöber-Methode ist die einfache und effiziente Herstellung von Silica-Nanopartikeln durch Hydrolyse und Kondensation von Silikat unter alkalischen Bedingungen.

Mit der Entwicklung der Nanotechnologie wurden Komposit-Nanopartikel aufgrund ihrer überlegenen funktionellen Kompatibilität entwickelt. Metallnanopartikel haben viele Eigenschaften, die Nichtmetallnanopartikel nicht haben, wie z. B. Plasmonenresonanzeffekt (SPR), Steuerbarkeit in einem Magnetfeld usw., aber Metallpartikel sind im Körper schwer effektiv abzubauen und übermäßiger Gebrauch hat eine gewisse Toxizität zu Zellen [21]. Daher kann die Kombination von Nanopartikeln unterschiedlicher Materialien zu Komposit-Nanopartikeln durch verschiedene Herstellungsverfahren eine funktionelle Erweiterung erreichen. Weiet al. stellten Goldnanostäbchen (Au NRs) her und führten dann eine oberflächeninitiierte radikalische Atomtransferpolymerisation (SI-ATRP) von N-Isopropylacrylamid (NIPAAM) auf Au NRs durch, um Nanohybride mit Nahinfrarotantwort zu synthetisieren [22]. Dieses zusammengesetzte Nanopartikel, das Metall- und Polymermaterialien kombiniert, besitzt sowohl photothermische als auch Nahinfrarotlicht-entsprechende Wirkstofffreisetzungsfähigkeiten. Die umhüllende Hydrogelhülle verleiht diesem Nanopartikel eine bessere Biokompatibilität als einzelne Au-Nanopartikel. Prakash synthetisierte zusammengesetzte NPs mit Au als Kern und SiO₂ B. die Hülle durch das verbesserte Stöber-Verfahren. Die inerte Hülle der Kern-Schale-Nanopartikel ist vorteilhaft, um die Toxizität von Metallpartikeln zu reduzieren und die Materialstabilität und die Wirkstofftransportkapazität der ursprünglichen Einzelmetall-NPs zu verbessern [23].

Neben den oben erwähnten traditionellen Herstellungsverfahren von Nanopartikeln wurden mit der Entwicklung der Nanotechnologie-Wissenschaft neue Anforderungen an den Umwelt- und Umweltschutz gestellt, so dass neue umweltfreundliche Nanopartikel-Synthesemethoden entstanden sind [24]. Zum ersten Mal haben Hajar et al. verwendeten Stevia rebaudiana als biologisches Reduktionsmittel, um erfolgreich ZnS-Nanopartikel mit einer Partikelgröße von 1 bis 40 nm zu synthetisieren. Die so synthetisierten ZnS-Nanopartikel weisen eine gute Biokompatibilität auf [25]. Nach den Prinzipien der Grünen Chemie haben Miri et al. verwendeten P. farcta-Extrakt (eine Pflanze, die zu den Leguminosen gehört) zur schnellen Synthese von CeO₂ NPs mit einer Partikelgröße von etwa 30 nm. Diese Art von Nanopartikeln hat eine gute Biokompatibilität [26].

Nanopartikel für die medizinische Bildgebung

Die medizinische Bildgebung spielt eine wichtige Rolle bei der Diagnose und Behandlung von Tumoren. Viele Nanopartikel, wie Eisenoxid-NPs, haben optische, magnetische, akustische und strukturelle Eigenschaften, die die Bildgebung verbessern können (Abb. 2). Einige Studien haben gezeigt, dass die Einführung von NPs in Zielgewebe den Bildkontrast verbessern und eine bessere Bildführung für die Tumorchirurgie und -diagnose bieten kann [27]. In der Kryochirurgie können NPs beispielsweise die Bildgebungsqualität der Tumor- und Eiskugelkanten verbessern, was dazu beiträgt, die Eiskugeln genau abzudecken und die therapeutische Wirkung zu verbessern [28]. Darüber hinaus bestehen die meisten Nanopartikel, die in der Bildgebung verwendet werden, aus Metall. Entsprechend der unterschiedlichen Bildgebungsprinzipien werden Nanopartikel auch aus unterschiedlichen metallischen Materialien bestehen. Tabelle 2 listet einige aktuelle Beispiele für NPs auf, die aus verschiedenen Materialien für die medizinische Bildgebung hergestellt wurden.

Schematische Darstellung der verbesserten Bildgebung von NPs

Die optische Kohärenztomographie (OCT) ist eine nicht-invasive, Auflösungs- und biomedizinische Bildgebungstechnologie im Mikrometerbereich. OCT ist nützlich bei der Echtzeitdiagnose und chirurgischen Führung. Allerdings kann das OCT inelastisches Streulicht nicht detektieren, da dieses Licht im einfallenden Feld nicht kohärent ist [35]. Kürzlich haben viele Forschungen bewiesen, dass der Bewegungszustand von NPs in der Lage sein kann, die Amplitude der OCT zu ändern, was dieses Problem lösen kann. Eine Störung der Bewegung von NPs durch das Magnetfeld kann zu lokalen Veränderungen der Lichtstreuung führen. Einige Studien haben gezeigt, dass das Platzieren magnetischer NPs in einem Magnetfeld zur Steuerung ihrer Bewegung die optische Streuung in der Umgebung verändern kann, sodass das ursprünglich inkohärente inelastische Streulicht detektiert werden kann. Dieses neue bildgebende Verfahren ist die magnetomotorische optische Kohärenztomographie (MMOCT) [36].

Die MRT ist eine der effektivsten nichtinvasiven Technologien zur Tumorerkennung. Dennoch beeinflusst der fehlende MRT-Signalvergleich zwischen biologischem Hintergrund und Krebsgewebe häufig die klinische Tumordiagnostik [37]. MRT ist ein bildgebendes Verfahren, das die Magnetisierung von Wasserstoffmolekülen in Wassermolekülen misst. Jede anatomische Struktur bietet ein anderes Bild, da die Protonen jedes Gewebes unterschiedliche Magnetisierungsänderungen verursachen. Die Sichtbarkeit von Bildern kann durch die Anwendung von mehr Kontrastmitteln verbessert werden [38, 39]. Der tumorbezogene EPR-Effekt, der bei der Früherkennung von Tumoren häufig genutzt wird, führt zu einer starken Kontrastverstärkung durch magnetische NPs [40]. Magnetische Eisenoxid-NPs (IONPs), die derzeit die gebräuchlichsten MRT-Nanosonden-Kontrastmittel sind, haben ein bestimmtes Zell-Targeting [41]. Studien haben beispielsweise gezeigt, dass IONPs während der Diagnose von Leberkrebs durch MRT in gesunde Leber-Kupffer-Zellen eindringen können, aber von Krebszellen ausgeschlossen werden, was zu signalarmem gesundem Gewebe und signalreichem Tumorgewebe führt [42]. Basierend auf neueren Studien können eine geeignete Partikeloberflächenmodifikation und eine geeignete tumorspezifische Bio-Oligomer-Einbettung von NPs NPs besser in Tumoren fixieren, um klarere Bildgebungsergebnisse zu erzielen, und können sogar für die frühe Mikrotumorbildgebung verwendet werden. Studien haben beispielsweise gezeigt, dass auf humanes Transferrin gerichtete AuNPs die bildgebende Wirkung von Hirntumoren signifikant verbessern können [43]. Gaoet al. ausgestattet mit monoklonalen Antikörpern (mAb) des anti-epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptors auf der Basis von paramagnetischen NPs-Sonden, um die Bildgebung kleiner Tumoren zu ermöglichen [44].

Nanopartikel für die gezielte Wirkstoffabgabe

Obwohl Chemotherapeutika heute die am häufigsten eingesetzte Behandlung von Tumoren sind, haben sie immer noch das Problem einer schlechten Zielanreicherung in bösartigen Tumorarealen und einer Überakkumulation in gesundem Gewebe [45]. Dies kann zu einer Hemmung von sich stark teilenden Zellen wie Knochenmark, Haarfollikeln, Magen-Darm-Zellen und Lymphozyten führen, was zu Nebenwirkungen wie Knochenmarksuppression, Mukositis, Haarausfall und sogar zum Tod führen kann [46]. Die gezielte Wirkstoffabgabe, die sich auf die aktive Differenzierung zwischen normalen Zellen und Krebszellen zur Wirkstoffabgabe bezieht, hat eine bessere Wirksamkeit und weniger Nebenwirkungen als die konventionelle Behandlung [45]. Viele Studien haben bestätigt, dass NPs Chemotherapeutika durch aktives oder passives Targeting auf Tumorzellen zielen können [47]. Darüber hinaus haben viele Experimente gezeigt, dass NPs auch bei der gezielten Abgabe von Immunmedikamenten eine wichtige Rolle spielen [48].

Wie in Abb. 3 gezeigt, beruht passives Targeting häufig auf einigen pathophysiologischen Eigenschaften des Tumorgewebes, einschließlich abnormaler Blutgefäße, Temperatur, pH-Wert und Oberflächenladung von Tumorzellen [49].Zum Beispiel aufgrund der verbesserten Permeabilität und Retentionswirkung (EPR .). ) von Blutgefäßen im Tumorgewebe können NPs mit einem Durchmesser von ca. 400 nm passiv in das Tumorgewebe übertragen werden [50]. Allerdings gibt es viele Einschränkungen des passiven Targeting-Ansatzes in Bezug auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften von NPs wie Durchmesser, Oberflächenladung, Molekulargewicht, Hydrophobie oder Hydrophilie. Außerdem ist die passive Targeting-Technik bei der Wirksamkeit der Wirkstoffdiffusion unterlegen und zeigt eine unzureichende EPR-Wirkung in Tumorzellen [51]. Aufgrund der Unzulänglichkeiten des passiven Targetings hat sich in den letzten Jahren der Großteil der Forschung über die Wirkstofffreisetzungs-NPs auf das aktive Targeting (Ligand-Targeting) verlagert. Tabelle 3 hebt einige aktuelle Beispiele für NPs hervor, die bei der Arzneimittelabgabe verwendet werden.

Schematische Darstellung des passiven Targetings von NPs

Aktives Targeting (Liganden-Targeting) NPs tragen oft einige Liganden von tumorspezifischen Biomarkern [61]. Wie in Abb. 4 gezeigt, können NPs durch rezeptorvermittelte Endozytose von den Tumorzellen internalisiert werden, wenn der Ligand mit dem Rezeptor auf der Tumoroberfläche in Kontakt kommt, und die Medikamente können aufgrund des sauren pH-Werts und spezifischer Enzyme in der intrazellulären Umgebung freigesetzt werden [ 62]. Als Targeting-Liganden werden in der aktuellen Forschung im Allgemeinen Folsäure, Transferrin, epidermaler Wachstumsfaktor-Rezeptor (EGFR) und Glykoprotein verwendet [62]. Sandoval et al. beobachteten eine signifikante Wirkstoffanreicherung und eine offensichtliche Wirksamkeit bei der Behandlung von Mäusen mit Brustkrebs durch EGFR-gerichtete Stearyl-NPs, die mit Gemcitabin ausgestattet waren [63]. Pandeyet al. fanden heraus, dass auf Folsäure gerichtete Gold-NPs, die Berberinhydrochlorid (BHC) tragen, wirksam Medikamente an menschliche Gebärmutterhalskrebszellen abgeben können, die Folatrezeptoren exprimieren [64].

Schematische Darstellung des aktiven Targetings von NPs

Im Vergleich zu Chemotherapeutika wurde in den letzten Jahren die Short Interfering RNA (siRNA)-vermittelte Gen-Silencing-Therapie als neue Perspektive für die Tumorbehandlung angesehen [64]. Obwohl Viren als Transportvehikel für siRNA verwendet werden können, wurde bestätigt, dass virale Vektoren Insertionsmutagenese und Immunogenität verursachen [65]. Im Gegensatz dazu wird Selen-NPs ein großes Potenzial als siRNA-Träger zugeschrieben, da das Spurenelement Selen selbst das Auftreten von Tumoren reduzieren, die Arzneimitteltoxizität verringern und die Immunfunktion regulieren kann [66]. Darüber hinaus kann die Oberfläche von Selen-NPs verschiedene Tumor-Targeting-Einheiten (wie Folat, Hyaluronsäure und RGD-Peptid) beladen, um die Tumor-Targeting-Fähigkeit zu verbessern [67]. Xiaet al. berichteten, dass Selen-NPs (RGDfC-Se@siRNA), auf die das RGDfC-Peptid abzielt, eine ausgezeichnete Fähigkeit haben, auf HeLa-Zervixkarzinom abzuzielen [60]. Da RGDfC in der Zwischenzeit spezifisch mit α_v . kombiniert werden kann, β₃ Integrin, das von einer Vielzahl von Tumorzellen stark exprimiert wird, können RGDfC-Se@siRNA-NPs für eine gezielte Wirkstoffabgabe für eine Vielzahl von Tumoren wiederverwendet werden [68]. Strukturell können positiv geladene RGDfC-SeNPs negativ geladene siRNA durch ihre elektrostatische Wechselwirkung eng verpacken [69]. Durch Tierversuche zeigen RGDfC-Se@siRNA-NPs die Fähigkeit, durch Clathrin-assoziierte Endozytose effizient in Tumorzellen einzudringen. In Tumorzellen kann es schnell siRNA freisetzen und verwandte Gene effizient zum Schweigen bringen und die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) fördern, um die Proliferation von Tumorzellen zu hemmen und die Apoptose der Tumorzellen zu fördern [69]. Darüber hinaus haben mehrere SeNPs eine ausgezeichnete biologische Sicherheit gezeigt und weisen keine offensichtlichen toxischen Schäden an Leber, Niere, Herz, Lunge, Milz und anderen wichtigen Organen von Mäusen auf [60, 70, 71].

Obwohl viele NPs zur gezielten Wirkstoffabgabe verwendet werden, befinden sich die meisten Anwendungen derzeit noch im Stadium von Zell- oder Tierversuchen, da es an wirksamer klinischer Anwendungsunterstützung mangelt. Darüber hinaus werden viele NPs intratumoral verabreicht, was den Anwendungsbereich der auf Tumoren anwendbaren NPs einschränkt und es an speziellen NPs-Werkzeugen zur Arzneimittelabgabe und anderen Methoden zur Arzneimittelabgabe fehlt.

Daher kann die Erforschung eines besseren Wegs zur Verabreichung von NPs eine Richtung für die zukünftige Erforschung von NPs zur gezielten Wirkstoffabgabe sein. Laut den bestehenden wissenschaftlichen Zeitschriften kann die vaskuläre interventionelle Verabreichung ein gangbarer Weg sein. In der Annahme, zuerst die Position des tumorversorgenden Blutgefäßes mit Hilfe der Bildgebung lokalisieren und dann mit einem Führungsdraht NPs direkt in das tumorversorgende Blutgefäß einführen und die Bewegung der NPs in einem kleinen Bereich durch Auftragen kontrollieren gleichzeitig ein Magnetfeld. Daher können NPs an der richtigen Position fixiert werden, ohne durch den Blutfluss im Gefäß beeinflusst zu werden. Ansonsten haben NPs, die auf die Wirkstoffabgabe abzielen, nur bestimmte Einschränkungen. Das Targeting von NPs beeinflusst die systemische Verteilung von Chemotherapeutika und verringert die Wirkung der Chemotherapie auf freie Tumorzellen und Mikrometastasen. Wenn sie mit zielgerichteten Medikamenten ausgestattet sind, wird die zielgerichtete Wirkung tendenziell verstärkt, während die Verbesserung nach den vorliegenden Studien nicht ersichtlich ist. Außerdem ist es unwahrscheinlich, dass Anti-Tumor-Medikamente alle Tumorstammzellen von selbst eliminieren. Dennoch ist eine physikalische Therapie, die auf den physikalischen Eigenschaften von NPs basiert, tendenziell wirksamer gegen die Tumorstammzellen. Daher sind multifunktionale NPs, die auf Wirkstoffträger abzielen, in Zukunft tendenziell ratsam, wie Kryochirurgie, photothermische Therapie (PTT) und photodynamische Therapie (PDT) usw., um multifunktionale NPs für die Tumorbehandlung zu bilden.

Nanopartikel für die Kryochirurgie

Kryochirurgie, die Technik der Zerstörung von Tumorgewebe durch Einfrieren, hat die Vorteile geringer Invasivität, geringer Kosten, weniger intraoperativer Blutungen und weniger postoperativer Komplikationen, aber es gibt immer noch Nachteile wie unzureichende Einfriereffizienz und Einfrierschäden am umgebenden Gewebe [28]. Obwohl Schutzmittel wie Frostschutzprotein (AFP-1) verwendet wurden, um die Kälteablation zu unterstützen, ist die Wirkung immer noch nicht ideal [72]. Mit der Entwicklung der Nanotechnologie wurde das Konzept der Nano-Kryochirurgie vorgeschlagen. Der grundlegende Mechanismus der Nano-Kryochirurgie besteht darin, NPs mit spezifischen physikalischen oder chemischen Eigenschaften in Tumorgewebe einzubringen. Durch die Nutzung der Eigenschaften von NPs können nicht nur die Effizienz und Effektivität des Gefrierens verbessert, sondern auch die Reichweitenanpassung und die Richtung der Eiskugelbildung gesteuert werden. Somit ist die Nano-Kryochirurgie in der Lage, Tumorgewebe abzutöten und gleichzeitig das Einfrieren von umliegendem gesundem Gewebe zu verhindern [73]. Die Vorteile der Nano-Kryochirurgie sind in Abb. 5 dargestellt.

Schematische Darstellung von NPs für die Kryochirurgie. a NPs schützen Gesundheitszellen während der Kryochirurgie. b NPs verstärken den Frostschaden und kontrollieren die Frostabdeckung. c Mit Hilfe von NPs wurde mehr Eis gebildet

In der Kryochirurgie ist die intrazelluläre Eisbildung der Schlüssel zur Schädigung von Tumorzellen. Inzwischen belegt die Forschung, dass NPs effektiv die intrazelluläre Eisbildung induzieren können [28]. NPs als externe Partikel können eine heterogene Nukleation induzieren. Studien haben gezeigt, dass mit NPs angereicherte Gewebe schneller gefrieren als herkömmliche Gewebe und anfälliger für heterogene Nukleation sind. Unter den gleichen Gefrierbedingungen ist die Eisbildung von Gewebe mit NPs einfacher, was darauf hindeutet, dass NPs die Geschwindigkeit und Wahrscheinlichkeit der Eisbildung in Zellen signifikant erhöhen können, wodurch Tumorzellen effektiver abgetötet werden können [74]. Darüber hinaus werden NPs mit Metalloxid die Wärmeleitfähigkeit im Tumorgewebe deutlich verbessern. Liu und Deng verglichen beispielsweise die Temperaturantwortkurve von Schweinefleisch mit und ohne NPs. Sie fanden heraus, dass die Gewebe, die NPs enthielten, schnell abkühlten und die niedrigste Temperatur 115 °C erreichen konnte, was viel niedriger war als die der Kontrollgruppe ohne NPs.

Da Tumoren in der Regel eine unregelmäßige Form aufweisen, bedecken die bei der traditionellen Kryochirurgie erzeugten Eiskristalle in der Regel nicht das gesamte Tumorgewebe. Im Vergleich zur herkömmlichen Kryochirurgie kann die Nano-Kryochirurgie das Problem leicht lösen. Da NPs in die intrazelluläre Flüssigkeit eindringen können und gute physikalische Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit aufweisen, ist es möglich, die Wachstumsrichtung und -richtung des Eisballs durch die Verteilung der NPs zu steuern [73].

In der Kryochirurgie kann ein unzureichendes Einfrieren das Tumorgewebe nicht vollständig zerstören, und ein übermäßiges Einfrieren kann benachbartes gesundes Gewebe schädigen. Besonders wenn der Tumor in engem Kontakt mit empfindlichen Organen steht, tief gelegen oder unregelmäßig geformt ist, kann die Schädigung des gesunden Gewebes besonders gravierend sein. In den letzten Jahren haben aus NPs hergestellte Phasenwechselmaterialien (PCMs) ein hervorragendes Schutzpotential für umgebendes gesundes Gewebe während der Kryochirurgie gezeigt [75]. Lv et al. mikroverkapselte Phasenwechsel-NPs mit großer latenter Wärme und geringer Wärmeleitfähigkeit durch Liposomen und vor der Kryochirurgie injizierten mikroverkapselte Phasenwechsel-NPs in gesundes Gewebe um den Tumor herum und stellten fest, dass eine Schädigung des gesunden Gewebes durch niedrige Temperaturen vermieden wurde [76].

Obwohl NPs in der Kryochirurgie weit verbreitet sind, gibt es noch eine Reihe von Mängeln. Erstens ist es immer noch nicht in der Lage, NPs in vitro zu kontrollieren, was zu einer ungleichmäßigen Verteilung von NPs im Tumorgewebe und einer nicht zufriedenstellenden erwarteten Funktion führt. Zweitens ist die tatsächliche Wirkung von In-vitro-NPs zur Magnetfeldkontrolle, obwohl es eine Vielzahl von magnetischen Nanopartikeln gibt, immer noch nicht ideal. Darüber hinaus fehlt es der Nano-Kryochirurgie an klinischer experimenteller Forschung, und viele NPs befinden sich noch im Laborstadium.

Die Anwendung von NPs bei der Kaltablation kann grundsätzlich in zwei Typen unterteilt werden:synergistische Wirkung und Schutzwirkung, die sich hinsichtlich der Designanforderungen der NPs und der Verteilung in vivo unterscheiden. In Zukunft kann die Nano-Kryochirurgie durch eine Vielzahl von NPs unterstützt werden, dh synergistische NPs werden innerhalb des Tumors verteilt, während schützende NPs um den Tumor herum verteilt werden. Darüber hinaus können in der Kryochirurgie viele Nanopositionierungsgeräte, wie beispielsweise die durch Punktion entworfene 3D-gedruckte koplanare Schablone (3DPCT), die derzeit zur Tumorpositionierung vor der Implantation radioaktiver Partikel verwendet wird, verwendet werden. Vor der Kryochirurgie können schützende NPs punktiert und um den Tumor herum injiziert werden, um das umgebende gesunde Gewebe durch 3D-Druck einer koplanaren Schablone (3DPCT) und CT-Führung zu schützen. Die NPs sind in der Lage, den Kryochirurgie-Eisbällen zu helfen, den unregelmäßigen Rand des Tumors zu bedecken. Dann werden synergistische NPs durch die voreingestellte Punktion an der Ablationsstelle oder einen Gefäßeingriff in das Tumorgewebe eingebracht, um eine Kaltablation durchzuführen. Diese Nano-Kryochirurgie-Technik kann nicht nur die Schwierigkeiten der Kaltablation von unregelmäßigen Tumoren überwinden, sondern auch die Wirkung der Kaltablation erhöhen und die Schädigung von gesundem Gewebe reduzieren. Diese Methode könnte die zukünftige Forschungsrichtung der Nano-Kryochirurgie werden. Tabelle 4 hebt einige aktuelle Beispiele für NPs hervor, die in der Kryochirurgie verwendet werden.

Nanopartikel für PTT und PDT

Gegenwärtig haben die photothermische Therapie (PTT) und die photodynamische Therapie (PDT) auf der Grundlage von Nanopartikeln (NPs) die Vorteile einer starken Wirksamkeit, einer geringen Invasion und einer milden Nebenwirkungen während der Tumorbehandlung gezeigt (Abb. 6) [80]. Neben der direkten Abtötung von Tumorzellen können durch PDT- und PTT-Behandlung produzierte Fragmente abgestorbener Tumorzellen als potenzielle Antigene verwendet werden, um eine kontinuierliche Immunantwort auszulösen, die als photothermische und photodynamische Immuntherapie bezeichnet wird [81]. Auf der Grundlage des PTT-Behandlungskonzepts entwickelte Nanopartikel sind eine neue Art von Nanomaterialien zur Umwandlung von Licht in Wärme, die Lichtenergie in Wärmeenergie umwandeln können, um Krebszellen abzutöten. Im Vergleich zu herkömmlichen photothermischen Konversionsmaterialien haben Nanopartikel viele Vorteile. Erstens können NPs den Effekt der tumorgerichteten Aggregation durch Partikeloberflächenmodifikation erzielen, was zu einer höheren Anreicherungsfähigkeit des Zieltumors beiträgt [82, 83]. Zweitens haben Nanopartikel bessere Bildgebungsfähigkeiten als herkömmliche photothermische Materialien, die durch CT, MRT und photoakustische Bildgebung genau positioniert werden können [84, 85]. Gezielte Nanopartikel, synthetisiert von Pan et al. kann PTT unter 0,2 W/cm ² . durchführen NIR zur Induktion der Tumorzell-Apoptose durch Zerstörung der nuklearen DNA der Tumorzelle und Hemmung des DNA-Reparaturprozesses [86]. Tabelle 5 listet einige aktuelle Beispiele zu NPs auf, die in PDT und PTT verwendet werden.

Schematische Darstellung von NPs-vermittelter PDT und PTT. a NPs fördern die Bildung von reaktivem Sauerstoff. b NPs verstärken Tumorschäden während der PTT

Darüber hinaus haben einige Studien gezeigt, dass eine durch Nanopartikel vermittelte PTT die Tumor-Multidrug-Resistenz (MDR) umkehren kann. Es wird allgemein angenommen, dass die Überexpression von Wirkstofftransportern, Multidrug Resistance-Associated Protein 1 (MRP1) und p-Glykoprotein (p-gp) MDR in verschiedenen Tumoren verursacht [95]. Zum Beispiel multifunktionale lichtgetriggerte Nanopartikel, die von Li et al. kann die Expression von MRP1 in PTT hemmen, was folglich die Medikamentenresistenz von A549R-Zellen umkehrt [96]. Wanget al. berichteten, dass sowohl Goldnanopartikel als auch kohlenstoffbasierte Nanopartikel die DOX-Resistenz überwinden können, indem sie die Expression des Hitzeschockfaktor-Trimers in PTT fördern und dadurch die Bildung von p-gp hemmen [97, 98]. Außerdem kann die Nanopartikel-vermittelte PTT auch die Wirksamkeit der Chemotherapie erhöhen, indem sie die Integrität der Tumorzellmembranen zerstört [99].

PDT is a treatment that uses the selective retention of photosensitizing substances (PSs) in tumor tissue under the activation of specific wavelength excitation light and the presence of molecular oxygen to produce singlet oxygen and other reactive oxygen species, which leads to tumor cell apoptosis and necrosis [100]. However, traditional PS has poor tumor targeting, poor solubility, and instability, which is vulnerable to the internal environment [100]. Nanoparticle carriers modified by targeted molecules can not only improve the stability and biocompatibility of PS but also deliver PS to target cells, which improves the efficacy and reduces adverse effects [100]. Additionally, some common nanomaterials, like gold nanorods, have excellent PTT effects themselves. For example, Vankayala et al. found that the exposure of gold nanorods to near infra-red light (915 nm) were able to efficiently induce the generation of singlet oxygen [100].

In recent years, the role of up-conversion (UC) nanoparticles in PDT has attracted much attention. The NPs can convert long-wavelength light excitation into multiple short wavelengths, which enables the UC to replace the traditional ps-dependent short-wavelength excitation light with the near-infrared light with strong tissue penetration ability [101]. For example, Li et al. developed dual-band luminescent lanthanide nanoparticles as a PS carrier. This UC nanoparticles rely on the excitation light wavelength of 808 nm to achieve image-guided PDT without affecting imaging signals [102].

Since most photosensitive materials utilized in the phototherapy are metals, the biocompatibility of NPs designed for inorganic nanomaterials like metal ions still needs to be improved.

NPs-mediated phototherapy is now credited for not only the effectiveness against tumor but also the potential for spare internal space of nanoparticles since the therapy only utilizes the physical properties of NPs skeleton. Therefore, NPs are often multifunctioned by PDT and PTT. In the future, such NPs may be designed as dedicated NPs for tumor stem cells that are not sensitive to chemotherapy. Tumor stem cells are dormant for a long time and have a variety of drug-resistant molecules, so it is difficult to kill them by conventional treatments like chemotherapy, whereas the light therapy is more effective by killing the tumor stem cells physically. In the future, nanophysical therapy may be used with many other techniques, such as the multifunctional NPs for photothermal therapy after cryosurgery. Multifunctional NPs mediated therapy can give full play to its characteristics of low side effects, strong local lethality, and tumor stem cell killing. In addition, because nano-physiotherapy has a local killing effect and can effectively kill tumor stem cells, it may become a treatment method for small metastases.

Nanoparticles for Radiotherapy

Radiotherapy (RT) is a tumor treatment technique that kills local cells by ionizing radiation generated by rays and is currently an effective treatment for many primary and metastatic solid tumors [103]. Experiments prove that radiotherapy can effectively kill tumor stem cells [104].However, how to further improve the efficacy of radiotherapy is still a serious challenge. In recent years, nanoparticles in the field of radiotherapy have demonstrated strong radiosensitization capabilities, tumor-targeted delivery capabilities of radiosensitizing drugs, and imaging guidance enhancement capabilities [105]. At present, the most popular nanoparticles are made by high Z (atomic number) metal materials, which are featured by chemical inertness and strong radiation absorption capacity. They produce various reactions such as photoelectric effect and Compton effect after absorbing radiation, thereby releasing a variety of particles such as optoelectronics, Compton electrons, and Auger electrons. These electrons react with organic molecules or water in tumor cells to generate a large number of free radicals, leading to synergistic chemotherapy [106]. Common chemotherapy-sensitized NPs are currentlycategorized as precious metals, iron oxides, and semiconductors in terms of materials.

Precious metals NPs are made of high atomic number metal materials such as gold, silver, gadolinium, hafnium, platinum, bismuth, etc. [107]. Among them, gold nanoparticles have become the most popular NPs due to their good biocompatibility, chemical stability, and relatively strong photoelectric absorption coefficient [108]. In 2000, Herold et al. discovered the chemosensitizing ability of gold nanoparticles in kilovoltage X-rays. Nowadays, the specific mechanism of chemosensitization of gold nanoparticles is not yet clear, and the mainstream view believes that it depends on the photoelectric absorption capacity of high atomic number [109]. In addition to this, there are studies suggesting that the presence of gold nanoparticles improve the chemical sensitization of DNA to radiation, which increases the DNA damage induced by ionizing radiation (IR). At the same time, gold NPs can catalyze the mechanism of radiotherapy sensitization such as free radical production [105]. For instance, Liu found that AuNPs could significantly increase the production of hydroxyl radicals as well as the killing effect of x-rays and fast carbon ions on cells [110]. The hypothesis of the chemotherapy sensitization mechanism of other precious metals is similar to that of gold nanoparticles. Particularly, platinum NPs have an anti-tumor effect due to the inherent nature. Consequently, platinum NPs are expected to play the role of chemotherapy and radiotherapy simultaneously. However, the number of relevant research reports is insufficient, and the sensitizing effect of platinum NPs is also questionable. For example, Charest et al. reported that liposomal formulation of cisplatin was able to increase the uptake of platinum by tumor cells, and could enhance the killing of F98 glioma cells by γ-rays at the same time [111]. On the contrary, Jawaid et al. reported that platinum NPs would reduce the generation of reactive oxygen species (ROS) and the efficacy of radiotherapy during chemotherapy [112].

Iron oxide nanoparticles (IONs), especially the superparamagnetic magnet Fe₃ O₄ , have shown great potential in image-guided tumor radiotherapy because they are capable of enhancing the dose of radiotherapy and MRI imaging, whereas its sensitization mechanism is not clear yet. Its sensitization mechanism is not yet clear. Some studies believe that iron oxide NPs mainly catalyze the generation of ROS through Fenton's reaction and Haber–Weiss reaction. Then the highly reactive ROS will kill tumors [112,113,115]. Other studies propose that the mechanism depends on the radiation sensitization and synergistic effects of magnetic nanoparticles. As Khoei reported, iron oxide NPs can improve the radiosensitization of prostate cancer cells in vitro [116]. Huanget al. pointed out that cross-linked dextran-coated IONs (CLIONs) could be internalized by HeLa cells and EMT-6 mouse breast cancer cells, which enhances radiation therapy [117]. Although the synergistic effect of iron oxide NPs is obvious, its biological safety still needs to be improved. Many studies have proved that the biocompatibility and chemical stability of iron oxide NPs are questionable, and it has certain toxicity [118].

Semiconductor NPs like silica NPs have also been found to have a synergistic effect on radiotherapy. Zhang et al. used flow cytometry analysis and MTT experiments to find that mesoporous silica NPs can effectively enhance the radiotherapy of glioblastoma [119]. Er et al. reported the mechanism of radioactive enhancement of silica NPs. He found that under X-ray irradiation, silica nanoparticles could produce fine hydroxyl radicals, which can effectively kill tumor cells [120].

At present, although many experiments have confirmed that NPs were able to sensitize radiotherapy, the specific mechanism of sensitization is still unclear, which hinders the development of new sensitized NPs. There are some doctrines like sensitizing chemotherapy that promotes free radical production. Nevertheless, there is a lack of a quantitative relationship among the amount of free radical production, radiation intensity, and physical data of nanoparticles. In addition, most sensitized NPs are made of high atomic number metals. These metals have many disadvantages in human body such as difficulty in self-metabolism and biodegrading. Meanwhile, long-term accumulation of the metals will produce toxicity, which limits the safe use of radiosensitized NPs. Moreover, compared with the radiotherapy sensitization NPs, fewer studies focused on NPs which can prevent the adverse reactions of radiotherapy and protect healthy tissues. The research on radiotherapy protective NPs is short in quantities.

In the future, searching for NPs material that can be metabolized by the kidney, biometabolized, biocompatible, stable in physicochemical properties, and inherently less toxic, or looking for surface modification that can help the body metabolize NPs may become a research direction for sensitized NPs. Moreover, although there have been many NPs studies on multi-function, namely simultaneous sensitization of radiotherapy and chemotherapy, there are still many potentials in this field, which are worthy of focus in the future. The development of protective NPs that can protect normal tissues around radiotherapy and alleviate poor defense against radiotherapy may also become a research direction.

Schlussfolgerung

The poor curative effect, inefficient targeting ability, various side effects, and potential biological risk are some of the unfavorable attributes of conventional cancer therapy and diagnosis. In recent years, advanced nanotechnology and molecular cell biology have promoted the applications of NPs in cancer field. Not only metal NPs, but also many lipid, nucleic acid and silicon NPs showed evident outperformance in cancer diagnosis and treatment.. Moreover, new generation of NPs is no longer limited to solo but multiple functions. For example, gold-coated poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) NPs equipped with PD-1 blockers which were designed by Luo et al. can not only target drug delivery but also mediate PTT therapy [121]. (Pd @ Au) / Fe3O4 Spirulina NPs with doxorubicin created by Wang et al. demonstrated the functions of photothermal therapy, delivery of chemotherapy drugs, and magnetic field control in cell experiments [122]. Multifunctional nanoparticles will become the trend of future research.

At present, we find that most of the nanoparticles only stay in vivo and in vitro stage. According to this review, we think the following reasons hinder the clinical application of NPs.

1. (i)

   Lack of injection routes and methods

Most NPs are injected into body via puncture or intravenous injection. Therefore, the blood flow will take away NPs, making NPs difficult to stay in the target area for a long time, which leads to just few NPs that can be uptaked by tumor cells. Low-concentration drugs cannot produce the expected therapeutic effect, and low-concentration NPs also affect the physical killing effects of PDT, PTT, cryosurgery, and radiotherapy. In our opinion, magnetic NPs platform may be a solution. There have been many in vitro and in vivo experiments that have proved the feasibility of using the three-dimensional magnetic field to control the movement of NPs against blood flow [122,123,125]. However, how to solve the interference of the human body to the magnetic field, how to solve the impact of blood cells colliding with NPs, and how to control a large number of NPs in a group are still in discovery.

1. (ii)

   Difficulty in localization of NPs in vivo

Compared with the human body, the size of NPs is too tiny. Even if NPs are loaded with fluorescent proteins, it is still difficult for conventional imaging equipment (CT, X-ray, MRI) to locate the NPs in the human body in real time. To deal with this challenge, photoacoustic computed tomography (PACT) may be a solution. Photoacoustic computed tomography (PACT) has attained high spatiotemporal resolution (125-μm in-plane resolution and 50-μs frame ⁻¹ data acquisition), deep penetration (48-mm tissue penetration in vivo), and anatomical and molecular contrasts [126]. Because of excellent performance, PACT has great potential in NPs localization imaging in vivo. The PACT-guided microrobotic system designed by Wu et al. has achieved controlled propulsion and prolonged cargo retention in vivo of NPs with a diameter of 50 μm [127]. Although the current resolution and deep penetration of PACT are still insufficient, it is superior to conventional imaging equipment (CT, X-ray, MRI) in terms of NPs imaging positioning.

1. (iii)

   Difficulty of degrading in the human body

Although NPs are made of high biosafety materials, there is still a risk of damages to liver, kidney, and other organs if they stay in the body for a long time and cannot be degraded or excreted The use of materials that will be disintegrated after near-infrared light irradiation to fabricate NPs may be a solution to this problem. Recently, more and more NPs have been produced by these materials. Such NPs mediate PTT while loading drugs, meanwhile, the substances produced by the disintegration of NPs can be rapidly metabolized by the human body. In addition, the use of more biocompatible and degradable materials for nanoparticle preparation is also a solution. For example, the surface of chitosan is positively charged and can be broken down by the colonic flora, which facilitates interaction with specific tissues and can be metabolized by the body. The biocompatibility and degradability of chitosan has been proven to be non-toxic at appropriate drug concentrations [128].

1. (iv)

   Difficulty in avoiding mononuclear phagocytic system (MPS)

In biofluids, NPs will adsorb proteins to form a corona layer referred to as “protein corona” in a broader sense giving biological identity to NPs and alters their biological characters, which will attract MPS especially macrophages to uptake NPs [129]. In order to avoid being uptaken by MPS, various polymer coatings such as forpolyether, polybetaine (PB) and polyolhave were investigated to cover NPs. For example, polyglycerol-grafting NPs are able to evade macrophage uptake by reducing protein adsorption [130]. In addition, there are two types of tumor-associated macrophages (TAM), M1 and M2. M1 macrophages inhibit tumor growth while M2 macrophages promote tumor growth. Therefore, no longer avoiding macrophages, but designing NPs targeted by macrophages, by regulating the function of macrophages, and even using macrophages as new drug carriers to exert anti-tumor effects may become a novel solution. At present, common design strategies for such NPs include inhibiting macrophage recruitment, depleting TAM, reprogramming TAMs, and blocking CD47-SIRPα pathway [131]. Among them, following the design concept of reprogramming or blocking CD47-SIRPα pathway, NPs that repolarize M2 macrophages to M1 type have made a breakthrough in vivo experiments [132].

Considering the above difficulties and referencing to advanced researches, we come up with a new possible design of NPs. The NPs skeleton is made of pyrolytic material (spirulina, exosomes, et al.). Then, photothermal materials (Au, Pd, etc.) are deposited on the NPs skeleton through electroless plating. After that the superparamagnetic iron oxide will be loaded on the surface of NPs through the sol–gel method. Then, suitable polymers (polybetaine, polyglycerol, etc.) will coat the NPs. Finally, drug (like doxorubicin) will be loaded on the NPs. Afterwards, under the guidance of PACT, NPs will be injected into the upstream of tumor supplying blood vessel, and the tumor will be irradiated with NIR. At the same time, three-dimensional magnetic field control is given to maximize the accumulation of NPs at the tumor site. Through this design, a large number of NPs will accumulate at the tumor site to ensure the drug concentration and PTT effect. At the same time, most NPs will be decomposed at the tumor site, and only a small number of NPs will circulate in the body.

Nowadays, anti-tumor therapy with NPs as the main body is still in the exploratory stage, and related technologies and equipments need to be invented, so it is unlikely to be clinically used in the short term. However, NPs can change part of the function or structure of many actual technologies. The upgrade of actual technologies is expected to be applied in clinic quickly, which contributes to upgrading the diagnosis and treatment of tumors in consequence. For example, NPs can help to develop electrochemical devices based on the interaction between ions and conductive polymers, such as organic electrochemical transistors (OFETs), electrolyte gated field-effect transistors (FETs), fin field-effect transistor (FinFETs), tunneling field-effect transistors (TFETs), electrochemical lab-on-chips (LOCs) [133]. These electrochemical devices are widely used in various tumor testing and diagnostic equipment. The use of NPs can help improve the accuracy of the equipment and reduce the detecting time. Many studies indicate that medical equipment using electronic components upgraded by NPs have been applied clinically [133,134,136].

Based on the evidence cited above, future research of NPs may not only focus on NPs themselves but also consider a feasible administration and efficacy assessing platform. In addition, the platform needs to be able to monitor immunotoxicity, the long-term toxicity, and neurotoxicity of NPs. As nanotechnology develops, if these problems were solved, NPs would be an ideal approach to upgrade cancer therapy and diagnosis.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

Abkürzungen

NPs:

Nanopartikel

PDT:

Photodynamics therapy

PTT:

Photothermische Therapie

SPR:

Plasmon resonance effect

Au NRs:

Gold nanorods

SI-ATRP:

Surface-initiated atom transfer radical polymerization

NIPAAM:

N-isopropylacrylamide

US:

Ultrasound

MSNs:

Mesoporous silica nanoparticles

USMO:

Ultrasmall manganese oxide

GEM:

Gemcitabine

OINPs:

Oxygen/indocyanine green-loaded lipid nanoparticles

PA:

Photoakustik

MPI:

Magnetic particle imaging

MRT:

Magnetresonanztomographie

SPIO:

Superparamagnetic iron oxide

USPIO:

Ultra-small SPIO

OCT:

Optical coherence tomography

MMOCT:

Magnetomotive optical coherence tomography

mAb:

Monoclonal antibody

DOX:

Doxorubicin

5-FU:

5-Fluorouracil

FA:

Folsäure

PTX:

Paclitaxel

ROS:

Reaktive Sauerstoffspezies

EPR:

Enhanced permeability and retention effect

EGFR:

Epidermal growth factor receptor

BHC:

Berberine hydrochloride

AFP-1:

Antifreeze protein

PCMs:

Phase change materials

3DPCT:

3D printed coplanar template

RCDs:

Amino-rich red emissive carbon dots

COF:

Covalent organic framework

ICG:

Indocyaningrün

HSA:

Serum albumin

MDR:

Multidrug resistance

MRP1:

Multidrug resistance-associated protein 1

p-gp:

P-glycoprotein

PSs:

Photosensitizing substances

UC:

Up-conversion

RT:

Radiotherapy

PLGA:

Poly(lactic-co-glycolic acid)

PACT:

Photoacoustic computed tomography

MPS:

Mononuclear phagocytic system

PB:

Polybetaine

TAM:

Tumor-associated macrophages

OFETs:

Organic electrochemical transistors

FETs:

Electrolyte gated field-effect transistors

FinFETs:

Fin field-effect transistor

TFETs:

Tunnelling field-effect transistors

LOCs:

Electrochemical lab-on-chips