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  • [Med Phys. ] Development of bimetallic (Zn@Au) nanoparticles as potential PET-imageable radiosensitizers.

    Texas MD Anderson Cancer Center/조종민*

  • 출처
    Med Phys.
  • 등재일
    2016 Aug
  • 저널이슈번호
    43(8):4775. doi: 10.1118/1.4958961.
  • 내용

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    Abstract

    PURPOSE:

    Gold nanoparticles (GNPs) are being investigated actively for various applications in cancer diagnosis and therapy. As an effort to improve the imaging of GNPs in vivo, the authors developed bimetallic hybrid Zn@Au NPs with zinc cores and gold shells, aiming to render them in vivo visibility through positron emission tomography (PET) after the proton activation of the zinc core as well as capability to induce radiosensitization through the secondary electrons produced from the gold shell when irradiated by various radiation sources.

     

    METHODS:

    Nearly spherical zinc NPs (∼5-nm diameter) were synthesized and then coated with a ∼4.25-nm gold layer to make Zn@Au NPs (∼13.5-nm total diameter). 28.6 mg of these Zn@Au NPs was deposited (∼100 μm thick) on a thin cellulose target and placed in an aluminum target holder and subsequently irradiated with 14.15-MeV protons from a GE PETtrace cyclotron with 5-μA current for 5 min. After irradiation, the cellulose matrix with the NPs was placed in a dose calibrator to assess the induced radioactivity. The same procedure was repeated with 8-MeV protons. Gamma ray spectroscopy using an high-purity germanium detector was conducted on a very small fraction (<1 mg) of the irradiated NPs for each proton energy. In addition to experimental measurements, Monte Carlo simulations were also performed with radioactive Zn@Au NPs and solid GNPs of the same size irradiated with 160-MeV protons and 250-kVp x-rays.

     

    RESULTS:

    The authors measured 168 μCi of activity 32 min after the end of bombardment for the 14.15-MeV proton energy sample using the (66)Ga setting on a dose calibrator; activity decreased to 2 μCi over a 24-h period. For the 8-MeV proton energy sample, PET imaging was additionally performed for 5 min after a 12-h delay. A 12-h gamma ray spectrum showed strong peaks at 511 keV (2.05 × 10(6) counts) with several other peaks of smaller magnitude for each proton energy sample. PET imaging showed strong PET signals from mostly decaying (66)Ga. The Monte Carlo results showed that radioactive Zn@Au NPs and solid GNPs provided similar characteristics in terms of their secondary electron spectra when irradiated.

     

    CONCLUSIONS:

    The Zn@Au NPs developed in this investigation have the potential to be used as PET-imageable radiosensitizers for radiotherapy applications as well as PET tracers for molecular imaging applications. 

     

    Cho J1, Wang M2, Gonzalez-Lepera C3, Mawlawi O4, Cho SH5.

    Author information

    1Department of Radiation Physics, The University of Texas MD Anderson Cancer Center, Houston, Texas 77030.

    2Department of Chemistry, Rice University, Houston, Texas 77005.

    3Department of Nuclear Medicine, The University of Texas MD Anderson Cancer Center, Houston, Texas 77030.

    4Department of Imaging Physics, The University of Texas MD Anderson Cancer Center, Houston, Texas 77030.

    5Departments of Radiation Physics and Imaging Physics, The University of Texas MD Anderson Cancer Center, Houston, Texas 77030. 

  • 연구소개
    금 나노입자(gold nanoparticles - GNPs)의 우수한radiosensitization 효과는 여러 연구자들에 의해 세포실험과 동물실험에서 보여졌습니다. 동물이나 사람의 인체에 주사된 금 나노입자는 passive나 active targeting 방법등을 이용하여 가능한한 많이 암 환부에 전달하고 가능한한 적은 양만 정상세포에 전달되는것이 이상적입니다. 그러나 아직까지 금 나노입자가 환자치료에 사용되고 있지 않는 이유중 하나는 주사된 금 나노입자가 충분희 암에 전달되었는지 확인할수 있는 방법이 제한이 되어있기 때문입니다. 방사선 물질(radionuclides)을 금 나노입자의 표면에 붙여서 PET이나 SPECT으로 확인하기도 하지만 이 방법은 금 나노입자의 생물학적 분포특성을 변화시키기도 하고 방사선 물질이 금 나노입자에서 떨어질수 있는 위험성들이 있습니다. 이번에 저희가 개발한 Zn@Au (주석 내부 5%wt/금 표면 95%wt) 나노입자는 양성자로 activation시켰을때 중심의 주석이 양성자를 배출하는 Ga66와 Ga68로 변화하며 PET으로 영상을 얻을수 있었습니다. 표면 금은 순수한 금 나노입자와 비교해 비슷한 radiosensitization 효과를 일으키는것을 Monte Carlo simulation으로 확인하였습니다. 중심에서 방사선이 나오기 때문에 금 나노입자의 표면에 방사선 물질을 붙이는 기존방법의 여러가지 문제점을 극복하였습니다. 그리고 표면과 대부분의 나노입자는 금이기 때문에 금 나노입자를 위해 개발된 기존의 passive나 active targeting 방법등을 사용할수 있습니다. 환자에게 주입된 Zn@Au 나노입자는 PET등을 통해 암에 충분히 분포되었고 정상세포에는 적게 분포되었는지 확인할수 있습니다. 개발한 Zn@Au 나노입자는 PET으로 영상을 얻을수 있는 radiosensitizer 뿐만 아니라 분자영상을 위한 PET tracer로도 쓰일수 있는 가능성이 있습니다.
  • 편집위원

    본 논문은 5 nm 크기의 구형 아연코어에 비슷한 두께의 금을 코팅하여 두 종류의 금속으로 만들어진 코어쉘 나노 입자를 제작하고 10 MeV 내외의양성자빔을 조사하여 아연코어를 방사화함으로써

    2016-09-01 15:05:54

  • 편집위원

    PET에서 영상화할 수 있도록 하였고 금으로 이루어진 쉘을 통해 방사선치료의 민감재로 동시에 사용할 수 있도록 한 점이 흥미로웠습니다.

    2016-09-01 15:05:54

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