Nanodeeltjes transformeren kankerdiagnose en -behandeling met precisie

Samenvatting

Traditionele kankertherapieën zijn bekritiseerd vanwege diverse bijwerkingen en onvoldoende schade aan getargeteerde tumoren. De doorbraak van nanodeeltjes biedt een nieuwe aanpak voor het verbeteren van traditionele behandelingen en diagnose. Nanodeeltjes kunnen niet alleen de tekortkomingen van traditionele kankerdiagnose en -behandeling oplossen, maar ook geheel nieuwe perspectieven en high-tech apparaten creëren voor tumordiagnose en -behandeling. Echter, het grootste deel van het onderzoek over nanodeeltjes blijft in de in vivo en in vitro fase, en er zijn slechts enkele klinische studies over nanodeeltjes gerapporteerd. In deze review vatten we eerst de huidige toepassingen van nanodeeltjes in kankerdiagnose en -behandeling samen. Daarna bespreken we de uitdagingen die de klinische toepassing van NPs belemmeren en bieden haalbare oplossingen in combinatie met de recente literatuur van de laatste twee jaar. Tot slot geven we onze visie op de toekomstige ontwikkelingen van NPs in tumordiagnose en -behandeling.

Inleiding

De incidentie en sterfte van tumoren blijven wereldwijd hoog. Elk jaar zijn er bijna 14 miljoen nieuwe kankerpatiënten en 8 miljoen mensen sterven aan kankergerelateerde ziekten. In recent jaren worden traditionele tumortreatments, zoals chemotherapie, gerichte therapie, radiotherapie, chirurgie, etc., constant bekritiseerd omdat ze vastzitten in de voortgang en veel bijwerkingen en ontevredige behandelresultaten hebben. Vanwege de tekortkomingen van traditionele tumortherapiën, hebben steeds meer onderzoeken begonnen om nieuwe tumormedische methoden te zoeken met targetfähigheid, effectieve tumorstamceldodende capaciteit en minimale bijwerkingen. Nieuwe tumortreatments omvatten, maar zijn niet beperkt tot, immunotherapie, gerichte therapie, fysieke ablatie, genetherapie, fotodynamische therapie (PDT) en fotothermische therapie (PTT) die superieure effectiviteit hebben getoond ten opzichte van traditionele tumortherapie. De behandelmethoden hierin hebben allemaal een gemeenschappelijke eigenschap die dragercoöperatie vereist. Hoewel virussen als dragers kunnen worden gebruikt, is bevestigd dat virale vectoren insertionele mutagenese en immunogeniciteit veroorzaken. Daarom is het vinden van een veiliger en effectievere drager een toprioriteit geworden.

Vanwege de kleine grootte, biosafety, medicinelading en fysieke eigenschappen van nanodeeltjes die fysieke therapie kunnen ondersteunen, worden nanodeeltjes steeds vaker gebruikt als dragers in nieuwe tumortreatments. Deze nanodeeltjes-gemedieerde therapieën hebben de voordelen van multifunctionaliteit, minder bijwerkingen en betere curatieve effecten. Bovendien hebben veel medische imagingtechnologieën gemedieerd door nanodeeltjes ook betere scherpte en nauwkeurigheid, wat helpt bij accurate tumordiagnose. Met de ontwikkeling van nanotechnologie en medische technologie zijn metalen en biologische materialen zoals goud, zilver, ijzer, liposomen, etc. breed toegepast in de productie van medische nanodeeltjes (NPs). Op dit moment gebruiken veel onderzoekers die materialen op basis van hun fysieke, chemische en/of biologische eigenschappen om geneesmiddelen, imagingagenten en zelfs genen in nanodeeltjes in te sluiten, waardoor het bestaande veld van tumordiagnose en -behandeling wordt uitgebreid, zoals gerichte medicijnlevering, verbeterde imaging, cryochirurgie, PTT en PDT.

Daarnaast is er een fenomeen dat de meeste nanodeeltjes alleen in de in vivo en in vitro fase blijven. Er is echter een gebrek aan literatuur die de redenen samenvat die de klinische toepassing van NPs belemmeren. Daarom beoogt dit artikel niet alleen de toepassingsstatus van nanodeeltjes in het veld van tumordiagnose en -behandeling samen te vatten, maar ook de factoren te vinden die de instroom van nanodeeltjes in klinische toepassingen remmen en haalbare oplossingen voor te stellen.

Bereiding en Karakterisering van Medische Functionele Nanodeeltjes

In de geneeskunde gebruikelijke nanodeeltjes kunnen in drie typen worden ingedeeld: metalen nanodeeltjes, niet-metalen nanodeeltjes en composiet nanodeeltjes, volgens hun constitutieve materialen en functies, en hun fysieke en chemische eigenschappen worden beïnvloed door parameters zoals grootte en vorm. Daarom is het, in het licht van de functionele eisen van nanodeeltjes in verschillende toepassingsrichtingen, zeer belangrijk om een geschikt bereidingsproces te kiezen. Alle bereidingsmethoden van nanodeeltjes kunnen in twee methoden worden geclassificeerd: bottom-up benaderingen en top-down benaderingen. De bottom-up benadering is essentieel door basiseenheden (atomen, moleculen en zelfs kleinere deeltjes kunnen als basis dienen voor het samenstellen van de vereiste nanostructuren) op elkaar te stapelen om nanodeeltjes te vormen, terwijl de top-down benadering essentieel een heel vast materiaal begint te decomponeren in nanodeeltjes. Tabel 1 geeft enkele voorbeelden van het bereiden van medische nanodeeltjes.

Onder de drie typen nanodeeltjes die in de geneeskunde gebruikt worden, zijn metalen nanodeeltjes het meest breed gebruikt. Metal nanodeeltjesmaterialen omvatten metalen en metalenoxiden. Het meest gebruikte bereidingsproces voor metalen nanodeeltjes is het sol-gele (Sol-Gel) proces voorgesteld door de Japanse wetenschapper Sugimoto et al. in de jaren 1990, wat vaak wordt gebruikt om monodisperse metalenoxide deeltjes in vloeibare fase te bereiden. De sol-gele methode is een bottom-up bereidingsproces. Het hoofdbeginsel van deze methode voor het bereiden van metalen nanodeeltjes is om een uniform gedispergeerde sol van metalenionen te vormen door chemische en fysieke middelen, en vervolgens een gel te vormen door redoxreactie. De metalen nanodeeltjes die in de gel ontstaan, kunnen controleerbaar nucleeren, groeien en neerslaan. Zolang de monodispersiteit van het metalen colloid dat in het experiment wordt gebruikt, de concentratierelatie van de metalenionen en het oxidiserende/reducerende middelen worden gecontroleerd, kan de grootte van de gesynthetiseerde metalen nanodeeltjes worden gecontroleerd. Figuur 1 is het schematische diagram van de sol-gele methode.

Algemeen gebruikte bottom-up methoden voor het bereiden van metalen nanodeeltjes omvatten co-precipitatie, hydrothermale aanpak en fotochemische methode. De co-depositie methode is een proces van nucleatie, groei en aggregatie in een vloeibare omgeving tegelijkertijd. Wanneer de oplossing oversadigd is, worden een groot aantal kleine onoplosbare producten verkregen. De hydrothermale methode is een proces dat in een vloeibare omgeving wordt uitgevoerd om de morfologie van de resulterende nanodeeltjes te controleren door de dampdruk die op het materiaal in de oplossing wordt uitgeoefend te controleren. Daarnaast zijn er enkele top-down methoden voor het bereiden van metalen nanodeeltjes, zoals elektrische draadexplosie en balmallen. Het principe van elektrische draadexplosie is dat in het proces van elektrische explosie, de metalenatomen verdampen en snel afkoelen in het elektrolyt om oxide nanodeeltjes te vormen. Door de samenstelling van het elektrolyt en de stroomsterkte te controleren, kunnen fijner en uniformere nanodeeltjes worden gecontroleerd. Balmallen is een methode voor snelle en grootschalige productie van nano-deeltjes met controleerbare grootte met behulp van bewerkingsgereedschappen zoals freesplanetaire tandwielen door het selecteren van de juiste maaltijd en gerelateerde apparatuurprocesparameters. Naast metalen nanodeeltjes kan deze bereidingsmethode ook worden toegepast op andere typen nanodeeltjes.

Het tweede veelvoorkomende type zijn niet-metallische nanodeeltjes. Niet-metallische nanodeeltjes die in de geneeskunde gebruikt worden, omvatten polymere nanodeeltjes, biomolecuul-afgeleide NPs, koolstof-gebaseerde NPs en silice nanodeeltjes. Onder deze zijn silice nanodeeltjes de meest representatieve. Het siliceoppervlak heeft veel hydroxylgroepen, wat de binding van zonden of fluorescerende groepen op het oppervlak vergemakkelijkt en daardoor meer flexibele functionaliteit heeft. De algemeen gebruikte synthesemethoden van silice nanodeeltjes zijn de sol-gele methode en de Stöber methode. De klassieke Stöber methode is de eenvoudige en efficiënte bereiding van silice nanodeeltjes door hydrolyse en condensatie van silicaat onder alkalische omstandigheden.

Met de ontwikkeling van nanotechnologie zijn composiet nanodeeltjes ontwikkeld vanwege hun superieure functionele compatibiliteit. Metalen nanodeeltjes hebben veel kenmerken die niet-metalen nanodeeltjes niet hebben, zoals plasmon resonantie effect (SPR), controleerbaarheid in een magneetveld, etc., maar metalen deeltjes zijn moeilijk effectief in het lichaam af te breken, en overmatig gebruik heeft een zekere toxiciteit voor cellen. Daarom kan het combineren van nanodeeltjes van verschillende materialen in composiet nanodeeltjes door verschillende bereidingsmethoden functionele uitbreiding bereiken. Wei et al. bereidden goud nanorods (Au NRs), en voerden vervolgens surface-initiated atom transfer radical polymerisatie (SI-ATRP) van N-isopropylacrylamide (NIPAAM) op Au NRs uit om near-infrarood responsieve nanohybriden te synthetiseren. Deze composiet nanodeeltjes die metalen en polymere materialen combineren, hebben zowel fotothermische als near-infrarood licht corresponderende medicijnvrijgifte capaciteiten. De omhullende hydrogelschelp maakt deze nanodeeltjes beter biocompatibel dan enkele Au nanodeeltjes. Prakash synthetiseerde composiet NPs met Au als kern en SiO₂ als schil via de verbeterde Stöber methode. De inerte schil van de kern-schelp nanodeeltjes is gunstig om de toxiciteit van metalen deeltjes te verminderen en de materiaalstabiliteit en medicijndraagcapaciteit van de oorspronkelijke enkele metalen NPs te verbeteren.

Naast de traditionele bereidingsmethoden van nanodeeltjes hierboven genoemd, zijn met de ontwikkeling van nanotechnologie wetenschap, nieuwe eisen voor ecologische en milieubescherming gesteld, waardoor nieuwe milieuvriendelijke nanodeeltjes synthesemethoden zijn ontstaan. Voor de eerste keer gebruikten Hajar et al. Stevia rebaudiana als biologisch reducerend middel om met succes ZnS nanodeeltjes te synthetiseren met een deeltjesgrootte variërend van 1 tot 40 nm. De op deze manier gesynthetiseerde ZnS nanodeeltjes hebben een goede biocompatibiliteit. Volgens de principes van groene chemie, gebruikten Miri et al. P. farcta (een plant behorende tot Leguminosae) extract om snel CeO₂ NPs te synthetiseren met een deeltjesgrootte van ongeveer 30 nm. Dit type nanodeeltjes heeft een goede biocompatibiliteit.

Nanodeeltjes voor Medische Imaging

Medische imaging speelt een belangrijke rol in de diagnose en behandeling van tumoren. Veel nanodeeltjes, zoals ijzeroxide NPs, hebben optische, magnetische, akoestische en structurele eigenschappen die imaging kunnen verbeteren. Sommige studies hebben getoond dat het introduceren van NPs in doelweefsels de beeldcontrast kan verbeteren en betere beeldgeleiding kan bieden voor tumorchirurgie en diagnose. Bijvoorbeeld, in cryochirurgie, kunnen NPs de imagingkwaliteit van de tumor en ijsbal randen verbeteren, wat helpt om de ijsballen nauwkeurig te bedekken en het therapeutische effect te verbeteren. Bovendien zijn de meeste nanodeeltjes die in imaging gebruikt worden, gemaakt van metaal. Volgens het verschil in verschillende imagingprincipes, zullen nanodeeltjes ook van verschillende metalenmaterialen worden gemaakt. Tabel 2 geeft enkele recente voorbeelden over NPs gemaakt van verschillende materialen voor medische imaging.

Optische coherentietomografie (OCT) is een non-invasieve, micron-niveau resolutie en biomedische imagingtechnologie. OCT is nuttig in real-time diagnose en chirurgische geleiding. Echter, OCT kan geen inelastisch verstrooide licht detecteren omdat dit licht niet coherent is in het incident veld. Recentelijk hebben veel onderzoeken bewijzen dat de bewegingstoestand van NPs in staat is de amplitude van OCT te veranderen, wat dit probleem kan oplossen. Het interfereren met de beweging van NPs door het magnetische veld kan lokale veranderingen in lichtverstrooiing veroorzaken. Sommige studies hebben aangegeven dat het plaatsen van magnetische NPs in een magnetisch veld om de beweging ervan te controleren, de optische verstrooiing in het gebied kan veranderen, zodat de oorspronkelijk incoherente inelastisch verstrooide licht kan worden gedetecteerd. Deze nieuwe imagingmethode is magnetomotieve optische coherentietomografie (MMOCT).

MRI is een van de meest effectieve non-invasieve tumordetectietechnologieën. Niettemin beïnvloedt het gebrek aan MRI-seinvergelijking tussen biologische achtergrond en kankerweefsel vaak de klinische tumordiagnose. MRI is een scanimagingmethode die de magnetisatie van waterstofmoleculen in watermoleculen meet. Elke anatomische structuur presenteert een ander beeld aangezien de protonen van elk weefsel verschillende veranderingen in magnetisatie veroorzaken. De zichtbaarheid van beelden kan worden verbeterd door meer contrastmiddelen toe te passen. Het tumorgerelateerde EPR-effect dat breed wordt gebruikt in de vroege detectie van tumoren produceert grote contrastversterkingscapaciteit voor magnetische NPs. Ijzeroxide magnetische NPs (IONPs) die momenteel de meest voorkomende MRI nanoprobe contrastmiddelen zijn, hebben een zekere celdirectie. Bijvoorbeeld, studies hebben gevonden dat IONPs gezonde lever Kupffer cellen kunnen binnendringen tijdens de diagnose van leverkanker door gebruik te maken van MRI, maar zullen worden uitgesloten van kankercellen, wat resulteert in laag-sein gezond weefsel en hoog-sein tumorweefsel. Op basis van recente studies kan een juiste deeltjesoppervlaktemodificatie en geschikte tumor-specifieke bio-oligomer inbedding van NPs de NPs beter in tumoren fixeren om helderdere imagingresultaten te bereiken en kan zelfs worden gebruikt voor vroege micro-tumor imaging. Bijvoorbeeld, studies hebben gevonden dat AuNPs gericht op humaan transferrine de imaging van hersentumoren aanzienlijk kunnen verbeteren. Gao et al. voorzien van anti-epidermale groeifactor receptor monoklonale antilichaam (mAb) op de basis van paramagnetische NPs sondes om imaging van kleine tumoren te bereiken.

Nanodeeltjes voor Gerichte Medicijnlevering

Hoewel chemotherapeutische geneesmiddelen nu de meest gebruikte behandeling voor tumoren zijn, hebben ze nog steeds het probleem van slechte targetverrijking in maligne tumorgebieden en over-accumulatie in gezond weefsel. Dit kan de inhibitie van cellen veroorzaken die vigoureus delen, zoals beenmerg, haarfollicels, gastro-intestinale cellen en lymfocyten, wat leidt tot bijwerkingen zoals beenmergonderdrukking, mucositis, haaruitval, en zelfs de dood. Gerichte medicijnlevering, wat verwijst naar actieve differentiatie tussen normale cellen en kankercellen voor medicijnlevering, heeft betere effectiviteit en minder bijwerkingen dan de conventionele behandeling. Veel studies hebben bevestigd dat NPs chemotherapeutische geneesmiddelen kunnen targeten naar tumorcellen door actieve of passieve targeting. Daarnaast hebben veel experimenten gevonden dat NPs ook een belangrijke rol spelen in de gerichte levering van immuungeneesmiddelen.

Zoals getoond in Fig. 3, steunt passieve targeting vaak op enkele pathophysiologische kenmerken van tumorweefsel, waaronder abnormale bloedvaten, temperatuur, pH en oppervlaktelading van tumorcellen. Bijvoorbeeld, door het verhoogde permeabiliteits- en retentie-effect (EPR) van bloedvaten in het tumorweefsel, kunnen NPs met een diameter van ongeveer 400 nm passief naar het tumorweefsel worden overgebracht. Er zijn echter veel beperkingen op de passieve targeting benadering in termen van fysicochemische eigenschappen van NPs zoals diameter, oppervlaktelading, molecuulgewicht, hydrofobiciteit of hydrofiliciteit. Daarnaast presteert de passieve targeting techniek ondermaats in medicijndiffusie-efficiëntie en toont onvoldoende EPR-effect in tumorcellen. Vanwege de tekortkomingen van passieve targeting, heeft in recent jaren het meeste onderzoek over medicijnlevering NPs zich verschoven naar actieve targeting (ligand targeting). Tabel 3 benadrukt enkele recente voorbeelden over NPs gebruikt in medicijnlevering.

Actieve targeting (ligand targeting) NPs dragen vaak sommige liganden van tumor-specifieke biomarkers. Zoals getoond in Fig. 4, wanneer de ligand contact maakt met de receptor op de tumoroppervlakte, kunnen NPs worden geïnternaliseerd door de tumorcellen door receptor-gemedieerde endocytose, en de geneesmiddelen kunnen worden vrijgegeven door zure pH en specifieke enzymen in de intracellulaire omgeving. Wat betreft targetende liganden, worden zurezuur, transferrine, epidermale groeifactor receptor (EGFR) en glycoproteïne doorgaans gebruikt in huidig onderzoek. Bijvoorbeeld, observeerden Sandoval et al. significante medicijnverrijking en duidelijke effectiviteit in de behandeling van muizen met borstkanker door EGFR-gerichte stearyl NPs uitgerust met gemcitabine. Pandey et al. vonden dat zurezuur-gerichte goud NPs die berberine hydrochloride (BHC) dragen, effectief geneesmiddelen kunnen leveren aan humane baarmoederhalskankercellen die folaat receptor exprimeren.

In recent jaren, in vergelijking met chemotherapie geneesmiddelen, is short interfering RNA (siRNA)-gemedieerde genstiltherapie beschouwd als een nieuw perspectief voor tumortreatment. Hoewel virussen als leveringsvoertuigen voor siRNA kunnen worden gebruikt, is bevestigd dat virale vectoren insertionele mutagenese en immunogeniciteit veroorzaken. Daartegenover worden selenium NPs gerapporteerd om groot potentieel te hebben als siRNA dragers, omdat het sporelement selenium zelf tumorontstaan kan verminderen, medicijntoxiciteit kan verlagen, en immuunfunctie kan reguleren. Daarnaast kan het oppervlak van selenium NPs diverse tumor-targetende moieties (zoals folaat, hyaluronzuur en RGD peptide) laden om de tumor targetfähigheid te verbeteren. Xia et al. rapporteerden dat selenium NPs (RGDfC-Se@siRNA) getarget door RGDfC peptide een uitstekende capaciteit hebben om HeLa baarmoederhalskanker te targeten. Tegelijkertijd, omdat RGDfC specifiek kan combineren met α_vβ₃ integrine die hoog wordt geëxprimeerd door een verscheidenheid aan tumorcellen, kunnen RGDfC-Se@siRNA NPs hergebruikt worden voor gerichte medicijnlevering voor een verscheidenheid aan tumoren. Wat betreft structuur, kunnen RGDfC-SeNPs met positieve lading negatief geladen siRNA strak verpakken door hun elektrostatische interactie. Door dierproeven tonen RGDfC-Se@siRNA NPs de capaciteit om efficiënt tumorcellen binnen te dringen door clathrine-geassocieerde endocytose. In tumorcellen kan het snel siRNA vrijgeven en efficiënt gerelateerde genen stilleggen en de generatie van reactieve zuurstofsoorten (ROS) bevorderen om tumorcellen proliferatie te inhiberen en tumorcellen apoptose te bevorderen. Daarnaast hebben meerdere SeNPs een uitstekende biologische veiligheid getoond en geen duidelijke toxische schade aan lever, nieren, hart, longen, milt en andere belangrijke organen van muizen.

Op dit moment, hoewel er veel NPs gebruikt worden in gerichte medicijnlevering, blijven de meeste toepassingen in de fase van cel- of dierproeven, met gebrek aan krachtige klinische toepassingsondersteuning. Daarnaast worden veel NPs intratumoraal geadministreerd, wat het bereik van NPs toepasbaar op tumoren beperkt en gebrek aan speciale NPs medicijnleveringshulpmiddelen en andere leveringsmethoden.

Daarom kan het verkennen van een betere manier om NPs te administreren een richting zijn voor toekomstig onderzoek van gerichte medicijnlevering NPs. Volgens de bestaande academische tijdschriften, kan vasculaire interventionele administratie een haalbare manier zijn. In de veronderstelling, eerst de positie van de tumor-voedende bloedvat lokaliseren met behulp van imaging, en vervolgens een gidsdraad gebruiken om NPs direct in de tumor-voedende bloedvat te introduceren en de beweging van de NPs in een klein bereik te controleren door tegelijkertijd een magnetisch veld toe te passen. Daarom kunnen NPs op de juiste positie worden vastgezet zonder beïnvloed te worden door bloedstroom in het vat. Anders hebben NPs gericht op medicijnlevering alleen bepaalde beperkingen. Targetende NPs zullen de systemische verdeling van chemotherapeutische geneesmiddelen beïnvloeden en het effect van chemotherapie op vrije tumorcellen en micrometastasen verminderen. Als ze uitgerust zijn met gerichte geneesmiddelen, neigt het targeteffect te worden versterkt, terwijl de verbetering niet duidelijk is op basis van bestaande studies. Daarnaast is het onwaarschijnlijk dat anti-tumor geneesmiddelen alle tumorstamcellen zelf kunnen elimineren. Niettemin neigt fysieke therapie gebaseerd op de fysieke kenmerken van NPs ertoe effectiever te zijn tegen de tumorstamcellen. Daarom zijn multifunctionele NPs gerichte medicijndragers raadzaam in de toekomst, zoals cryochirurgie, fotothermische therapie (PTT) en fotodynamische therapie (PDT) etc., om multi-functionele NPs voor tumortreatment te vormen.

Nanodeeltjes voor Cryochirurgie

Cryochirurgie, de techniek van tumorweefsel vernietigen door bevriezen, heeft de voordelen van lage invasiviteit, lage kosten, minder peroperatieve bloeding en minder postoperatieve complicaties, maar er zijn nog nadelen zoals onvoldoende bevriezings-efficiëntie en bevriezingschade aan omringende weefsels. Hoewel beschermende agenten zoals antifreeze eiwit (AFP-1) zijn gebruikt om koude ablatie te ondersteunen, is het effect nog niet ideaal. Met de ontwikkeling van nanotechnologie, werd het concept van nano-cryochirurgie voorgesteld. Het basismechanisme van nano-cryochirurgie is om NPs met specifieke fysieke of chemische eigenschappen in tumorweefsels te introduceren. Door de eigenschappen van NPs te benutten, kan niet alleen de efficiëntie en effectiviteit van bevriezing worden verbeterd, maar ook de bereiksaanpassing en de richting van ijsbalvorming kunnen worden gecontroleerd. Dus is de nano-cryochirurgie in staat om tumorweefsel te doden en tegelijkertijd omringend gezond weefsel te beschermen tegen bevriezing. De voordelen van nano-cryochirurgie zijn getoond in Fig. 5.

In cryochirurgie is intracellulaire ijsvorming de sleutel tot tumorcelschade. Ondertussen bewijst onderzoek dat NPs effectief intracellulaire ijsvorming kunnen induceren. NPs als externe deeltjes kunnen heterogene nucleatie induceren. Studies hebben gevonden dat weefsels verrijkt met NPs sneller bevriezen dan conventionele weefsels en meer geneigd zijn tot heterogene nucleatie. Onder dezelfde bevriezingsomstandigheden is ijsvorming van weefsel met NPs gemakkelijker, wat aangeeft dat NPs de snelheid en kans van ijsvorming in cellen aanzienlijk kunnen verhogen, wat tumorcellen effectiever kan doden. Daarnaast zullen NPs met metaaloxide de thermische geleiding in tumorweefsel aanzienlijk verbeteren. Bijvoorbeeld, Liu en Deng vergeleken de temperatuurresponscurve van varkensweefsels met en zonder NPs. Ze vonden dat weefsels die NPs bevatten snel afkoelden, en de laagste temperatuur kon 115 °C bereiken, wat veel lager was dan die van de controlegroep zonder NPs.

Omdat tumoren meestal onregelmatig in vorm zijn, neigen de ijkristallen die door traditionele cryochirurgie worden geproduceerd, niet alle tumorweefsels te bedekken. In vergelijking met traditionele cryochirurgie, kan de nano-cryochirurgie het probleem gemakkelijk aanpakken. Omdat NPs in de intracellulaire vocht kunnen diffuseren en goede fysieke eigenschappen hebben zoals thermische geleiding, is het mogelijk om de groeirichting en richting van de ijsbal te controleren door de verdeling van NPs.

In cryochirurgie kan onvoldoende bevriezing niet volledig tumorweefsel vernietigen, en overmatige bevriezing kan aangrenzend gezond weefsel beschadigen. Vooral wanneer de tumor in nauw contact is met kwetsbare organen, de locatie diep is, of de vorm onregelmatig is, kan de schade aan het gezond weefsel bijzonder ernstig zijn. In recent jaren hebben faseveranderende materialen (PCMs) gemaakt van NPs een uitstekend beschermend potentieel getoond voor omringende gezond weefsels tijdens cryochirurgie. Bijvoorbeeld, Lv et al. microgeencapsuleerde faseveranderende NPs met grote latente warmte en lage thermische geleiding door liposomen, en voor cryochirurgie, geïnjecteerde microgeencapsuleerde faseveranderende NPs in gezond weefsel rond de tumor en vonden dat laag-temperatuur schade aan gezond weefsel werd vermeden.

Hoewel NPs breed zijn gebruikt in cryochirurgie, zijn er nog een reeks tekortkomingen. Ten eerste is het nog steeds niet mogelijk om NPs in vitro te controleren, wat resulteert in ongelijke verdeling van NPs in tumorweefsel en ontevredige verwachte functie. Ten tweede, hoewel er diverse magnetische nanodeeltjes zijn, is het daadwerkelijke effect van in vitro magnetisch veld controleren NPs nog steeds niet ideaal. Daarnaast gebrekt het aan klinisch experimenteel onderzoek voor nano-cryochirurgie, en veel NPs zijn nog in de laboratoriumfase.

De toepassing van NPs in koude ablatie kan in het algemeen in twee typen worden ingedeeld: synergistisch effect en beschermend effect, wat verschillend is in termen van de ontwerpvereisten van NPs en de verdeling in vivo. In de toekomst kan nano-cryochirurgie worden ondersteund door een verscheidenheid aan NPs, namelijk synergistische NPs worden verdeeld binnen de tumor terwijl beschermende NPs rondom de tumor worden verdeeld. Daarnaast kunnen veel nano-positioneringsapparaten, zoals puncture-ontworpen 3D geprinte coplanaire sjabloon (3DPCT) die momenteel gebruikt wordt voor tumorpositionering voor radioactieve deeltjesimplantatie, worden gebruikt in cryochirurgie. Voor de cryochirurgie kunnen beschermende NPs worden gepunctureerd en geïnjecteerd rond de tumor om het omringende gezond weefsel te beschermen door 3D printen coplanaire sjabloon (3DPCT) en CT-geleiding. De NPs zijn in staat om de cryochirurgie ijsballen te helpen de onregelmatige rand van de tumor te bedekken. Vervolgens zullen synergistische NPs in het tumorweefsel worden geïntroduceerd via de vooraf ingestelde ablatieplaats punctie of vasculaire interventie om koude ablatie uit te voeren. Deze nano-cryochirurgietechniek kan niet alleen de moeilijkheden van koude ablatie van onregelmatige tumoren overwinnen, maar ook het effect van koude ablatie vergroten en de schade aan gezond weefsel verminderen. Deze methode kan de toekomstige onderzoeksrichting van nano-cryochirurgie worden. Tabel 4 benadrukt enkele recente voorbeelden over NPs gebruikt in cryochirurgie.

Nanodeeltjes voor PTT en PDT

Op dit moment hebben fotothermische therapie (PTT) en fotodynamische therapie (PDT) gebaseerd op nanodeeltjes (NPs) de deugden van sterke effectiviteit, kleine invasie en milde bijwerkingen tijdens tumortreatment getoond. Naast het direct doden van tumorcellen, kunnen fragmenten van dode tumorcellen geproduceerd door PDT en PTT behandeling worden gebruikt als potentiële antigenen om een continue immuunrespons te triggeren, genaamd fotothermische en fotodynamische immunotherapie. Nanodeeltjes ontworpen op basis van het PTT behandelconcept zijn een nieuw type licht-naar-warmte conversie nanomaterialen, die lichtenergie kunnen omzetten in warmte-energie om kankercellen te doden. In vergelijking met traditionele fotothermische conversiematerialen, hebben nanodeeltjes veel voordelen. Ten eerste, NPs kunnen het effect van tumor getargete aggregatie bereiken door deeltjesoppervlaktemodificatie, wat bijdraagt aan hogere verrijkingscapaciteit van doeltumor. Ten tweede, nanodeeltjes hebben betere imagingcapaciteiten dan traditionele fotothermische materialen, die nauwkeurig kunnen worden gepositioneerd door CT, MRI en fotoakoestische imaging. Getargete nanodeeltjes gesynthetiseerd door Pan et al. kunnen PTT uitvoeren onder 0,2 W/cm² NIR om tumorcellen apoptose te induceren door de tumorcel kern DNA te vernietigen en het DNA herstelproces te inhibiteren. Tabel 5 geeft enkele recente voorbeelden over NPs gebruikt in PDT en PTT.

Daarnaast hebben sommige studies gevonden dat nanodeeltjes-gemedieerde PTT tumor multidrug resistentie (MDR) kan omkeren. De overexpressie van medicinetransporters, multidrug resistentie-geassocieerd proteïne 1 (MRP1), en p-glycoproteïne (p-gp) worden doorgaans beschouwd als oorzaak van MDR in diverse tumoren. Bijvoorbeeld, multifunctionele licht-getriggerde nanodeeltjes ontworpen door Li et al. kunnen de expressie van MRP1 in PTT inhibiteren, wat consequent de medicijnresistentie van A549R cellen omkeert. Wang et al. rapporteerden dat zowel goud nanodeeltjes als koolstof-gebaseerde nanodeeltjes DOX resistentie kunnen overwinnen door de expressie van hitte shock factor trimer in PTT te bevorderen, waardoor de generatie van p-gp wordt geïnhibeerd. Daarnaast kan nanodeeltjes-gemedieerde PTT ook de effectiviteit van chemotherapie verhogen door de integriteit van tumorcelmembranen te vernietigen.

PDT is een behandeling die de selectieve retentie van fotosensibiliserende stoffen (PSs) in tumorweefsel onder de activatie van specifieke golflengte excitatielicht en de aanwezigheid van moleculaire zuurstof gebruikt om singletozuurstof en andere reactieve zuurstofsoorten te produceren, wat leidt tot tumorcel apoptose en necrose. Echter, traditionele PS heeft slechte tumortargeting, slechte oplosbaarheid, en instabiliteit, wat kwetsbaar is voor de interne omgeving. Nanodeeltjes dragers gemodificeerd door getargete moleculen kunnen niet alleen de stabiliteit en biocompatibiliteit van PS verbeteren, maar ook PS leveren aan doelcellen, wat de effectiviteit verbetert en bijwerkingen vermindert. Daarnaast hebben sommige veelvoorkomende nanomaterialen, zoals goud nanorods, zelf uitstekende PTT effecten. Bijvoorbeeld, vonden Vankayala et al. dat de blootstelling van goud nanorods aan near infra-rood licht (915 nm) in staat waren om efficiënt de generatie van singletozuurstof te induceren.

In recent jaren heeft de rol van up-conversie (UC) nanodeeltjes in PDT veel aandacht getrokken. De NPs kunnen langgolflengte licht excitatie omzetten in meerdere kortere golflengtes, wat de UC in staat stelt de traditionele PS-afhankelijke kortegolflengte excitatielicht te vervangen door de near-infrarood licht met sterke weefselpenetratie capaciteit. Bijvoorbeeld, ontwikkelden Li et al. dual-band luminescerende lanthanide nanodeeltjes als een PS drager. Deze UC nanodeeltjes vertrouwen op de excitatielicht golflengte van 808 nm om beeld-geleide PDT te bereiken zonder de imaging signalen te beïnvloeden.

Omdat de meeste fotosensitieve materialen die in de fototherapie worden gebruikt, metalen zijn, moet de biocompatibiliteit van NPs ontworpen voor anorganische nanomaterialen zoals metaalionen nog verbeterd worden.

NPs-gemedieerde fototherapie wordt nu erkend voor niet alleen de effectiviteit tegen tumor, maar ook het potentieel voor interne vrije ruimte van nanodeeltjes aangezien de therapie alleen de fysieke eigenschappen van NPs skelet benut. Daarom worden NPs vaak multifunctioneel gemaakt door PDT en PTT. In de toekomst kunnen dergelijke NPs worden ontworpen als toegewijde NPs voor tumorstamcellen die niet gevoelig zijn voor chemotherapie. Tumorstamcellen zijn langdurig dormant en hebben een verscheidenheid aan medicijnresistente moleculen, zodat het moeilijk is om ze te doden door conventionele behandelingen zoals chemotherapie, terwijl lichttherapie effectiever is door de tumorstamcellen fysiek te doden. In de toekomst kan nanofysische therapie met veel andere technieken worden gebruikt, zoals de multifunctionele NPs voor fotothermische therapie na cryochirurgie. Multifunctionele NPs gemedieerde therapie kan volledige benutting geven aan zijn kenmerken van lage bijwerkingen, sterke lokale letthaliteit, en tumorstamcel doden. Daarnaast, omdat nano-fysiotherapie een lokale dodelijke effect heeft en effectief tumorstamcellen kan doden, kan het een behandelmethode worden voor kleine metastasen.

Nanodeeltjes voor Radiotherapie

Radiotherapie (RT) is een tumortreatmenttechniek die lokale cellen doodt door ioniserende straling gegenereerd door stralen en is momenteel een effectieve behandeling voor veel primaire en metastatische solide tumoren. Experimenten bewijzen dat radiotherapie effectief tumorstamcellen kan doden. Echter, hoe de effectiviteit van radiotherapie verder te verbeteren, is nog steeds een serieuze uitdaging. In recent jaren hebben nanodeeltjes op het gebied van radiotherapie sterke radiosensitisatie capaciteiten, tumor-getargete leveringscapaciteiten van radiosensitisatie geneesmiddelen, en imaging-geleiding verbeteringscapaciteiten getoond. Op dit moment zijn de meest populaire nanodeeltjes gemaakt van hoge Z (atoomnummer) metaalmaterialen, die gekenmerkt worden door chemische inertie en sterke stralingsabsorptie capaciteit. Ze produceren diverse reacties zoals foto-elektrisch effect en Compton effect na absorptie van straling, waardoor diverse deeltjes zoals opto-elektronen, Compton elektronen, en Auger elektronen worden vrijgegeven. Deze elektronen reageren met organische moleculen of water in tumorcellen om een groot aantal vrije radicalen te genereren, leidend tot synergistische chemotherapie. Algemene chemotherapie-gesensitiseerde NPs zijn momenteel gecategoriseerd als edele metalen, ijzeroxiden, en halfgeleiders in termen van materialen.

Edelmetaal NPs zijn gemaakt van hoge atoomnummer metaalmaterialen zoals goud, zilver, gadolinium, hafnium, platina, bismuth, etc. Onder deze zijn goud nanodeeltjes de meest populaire NPs geworden vanwege hun goede biocompatibiliteit, chemische stabiliteit, en relatief sterke foto-elektrische absorptiecoëfficiënt. In 2000 ontdekten Herold et al. de chemosensitisatie capaciteit van goud nanodeeltjes in kilovoltage X-stralen. Tegenwoordig is het specifieke mechanisme van chemosensitisatie van goud nanodeeltjes nog niet duidelijk, en de hoofdstroom mening gelooft dat het afhangt van de foto-elektrische absorptiecapaciteit van hoge atoomnummer. Naast dit, zijn er studies die suggereren dat de aanwezigheid van goud nanodeeltjes de chemische sensitisatie van DNA aan straling verbetert, wat de DNA schade geïnduceerd door ioniserende straling (IR) verhoogt. Tegelijkertijd kunnen goud NPs het mechanisme van radiotherapie sensitisatie katalyseren zoals vrije radicaal productie. Bijvoorbeeld, vond Liu dat AuNPs de productie van hydroxylerradicalen aanzienlijk konden verhogen alsook het dodelijke effect van X-stralen en snelle koolstofionen op cellen.

De hypothese van het chemosensitisatie mechanisme van andere edele metalen is vergelijkbaar met die van goud nanodeeltjes. In het bijzonder hebben platina NPs een anti-tumor effect door de inherent natuur. Daardoor worden platina NPs verwacht om de rol van chemotherapie en radiotherapie tegelijkertijd te spelen. Echter, het aantal relevante onderzoeksrapporten is onvoldoende, en het sensitisatie effect van platina NPs is ook twijfelachtig. Bijvoorbeeld, rapporteerden Charest et al. dat liposomale formulering van cisplatine in staat was om de opname van platina door tumorcellen te verhogen, en tegelijkertijd de doding van F98 glioma cellen door γ-stralen te verbeteren. Aan de andere kant, rapporteerden Jawaid et al. dat platina NPs de generatie van reactieve zuurstofsoorten (ROS) en de effectiviteit van radiotherapie tijdens chemotherapie zouden verminderen.

IJzeroxide nanodeeltjes (IONs), vooral het superparamagnetische magneet Fe₃O₄, hebben groot potentieel getoond in beeld-geleide tumor radiotherapie omdat ze in staat zijn de dosis van radiotherapie en MRI imaging te verbeteren, terwijl het sensitisatie mechanisme nog niet duidelijk is. Sommige studies geloven dat ijzeroxide NPs voornamelijk de generatie van ROS katalyseren door Fenton's reactie en Haber-Weiss reactie. Dan zullen de hoogst reactieve ROS tumoren doden. Andere studies stellen voor dat het mechanisme afhangt van de radiatie sensitisatie en synergistische effecten van magnetische nanodeeltjes. Zoals Khoei rapporteerde, kunnen ijzeroxide NPs de radiosensitisatie van prostaatkankercellen in vitro verbeteren. Huang et al. wees erop dat gekruiste dextran-gecoate IONs (CLIONs) geïinternaliseerd konden worden door HeLa cellen en EMT-6 muizen borstkankercellen, wat radiotherapie verbetert. Hoewel het synergistische effect van ijzeroxide NPs duidelijk is, moet de biologische veiligheid nog verbeterd worden. Veel studies hebben bewijzen dat de biocompatibiliteit en chemische stabiliteit van ijzeroxide NPs twijfelachtig zijn, en het heeft een zekere toxiciteit.

Halfgeleider NPs zoals silice NPs zijn ook gevonden om een synergistisch effect op radiotherapie te hebben. Bijvoorbeeld, gebruikten Zhang et al. stroomcytometrie analyse en MTT experimenten om te vinden dat mesoporeuze silice NPs de radiotherapie van glioblastoma effectief kunnen verbeteren. He et al. rapporteerde het mechanisme van radioactieve versterking van silice NPs. Hij vond dat onder X-straling bestraling, silice nanodeeltjes fijne hydroxylerradicalen konden produceren, die effectief tumorcellen kunnen doden.

Op dit moment, hoewel veel experimenten hebben bevestigd dat NPs in staat waren om radiotherapie te sensitiseren, is het specifieke mechanisme van sensitisatie nog onduidelijk, wat de ontwikkeling van nieuwe gesensitiseerde NPs belemmert. Er zijn一些 doctrines zoals sensitisatie chemotherapie die vrije radicaal productie bevordert. Niettemin ontbreekt er een kwantitatieve relatie tussen de hoeveelheid vrije radicaal productie, stralingsintensiteit, en fysieke data van nanodeeltjes. Daarnaast zijn de meeste gesensitiseerde NPs gemaakt van hoge atoomnummer metalen. Deze metalen hebben veel nadelen in het menselijk lichaam zoals moeilijkheid in zelf-metabolisme en biologische afbraak. Tegelijkertijd zal langdurige accumulatie van de metalen toxiciteit produceren, wat de veilige gebruik van radiosensitisatie NPs beperkt. Bovendien, in vergelijking met de radiotherapie gesensitiseerde NPs, hebben minder studies zich gericht op NPs die de bijwerkingen van radiotherapie kunnen voorkomen en gezond weefsel beschermen. Het onderzoek op radiotherapie beschermende NPs is kort in hoeveelheden.

In de toekomst, het zoeken naar NPs materiaal dat door de nieren kan worden gemetaboliseerd, biogedegradeerd, biocompatibel, fysicochemisch stabiel, en inherent minder toxisch, of het zoeken naar oppervlaktemodificatie die het lichaam kan helpen NPs te metaboliseren, kan een onderzoeksrichting worden voor gesensitiseerde NPs. Bovendien, hoewel er veel NPs studies zijn over multi-functie, namelijk gelijktijdige sensitisatie van radiotherapie en chemotherapie, zijn er nog veel potentiën in dit veld, die de moeite waard zijn om in de toekomst te focussen. De ontwikkeling van beschermende NPs die normale weefsels rondom radiotherapie kunnen beschermen en slechte verdediging tegen radiotherapie kunnen verlichten, kan ook een onderzoeksrichting worden.

Conclusie

Het slechte curatieve effect, inefficiënte targetfähigheid, diverse bijwerkingen, en potentiële biologische risico's zijn enkele van de ongunstige kenmerken van conventionele kankertherapie en diagnose. In recent jaren hebben geavanceerde nanotechnologie en moleculaire celbiologie de toepassingen van NPs in kankergebied bevorderd. Niet alleen metaal NPs, maar ook veel lipide, nucleïnezuur en silice NPs toonden duidelijke uitschakeling in kankerdiagnose en -behandeling. Bovendien is de nieuwe generatie NPs niet meer beperkt tot solo maar meerdere functies. Bijvoorbeeld, goud-gecoate poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) NPs uitgerust met PD-1 blokkers die ontworpen zijn door Luo et al. kunnen niet alleen gerichte medicijnlevering maar ook PTT therapie medieren. (Pd @ Au) / Fe3O4 Spirulina NPs met doxorubicin gecreëerd door Wang et al. toonden de functies van fotothermische therapie, levering van chemotherapie geneesmiddelen, en magnetisch veld controle in cel experimenten. Multifunctionele nanodeeltjes zullen de trend van toekomstig onderzoek worden.

Op dit moment vinden we dat de meeste nanodeeltjes alleen in de in vivo en in vitro fase blijven. Volgens deze review denken we dat de volgende redenen de klinische toepassing van NPs belemmeren.

1. Gebrek aan injectieroutes en methoden

Meeste NPs worden in het lichaam geïnjecteerd via punctie of intraveneuze injectie. Daarom zal de bloedstroom NPs wegvoeren, waardoor het moeilijk is voor NPs om lang in het doelgebied te blijven, wat leidt tot slechts enkele NPs die door tumorcellen kunnen worden opgenomen. Lage-concentratie geneesmiddelen kunnen het verwachte therapeutische effect niet produceren, en lage-concentratie NPs beïnvloeden ook de fysieke dodelijke effecten van PDT, PTT, cryochirurgie, en radiotherapie. Meiner mening na, kan magnetische NPs platform een oplossing zijn. Er zijn veel in vitro en in vivo experimenten die de haalbaarheid van het gebruik van driedimensionaal magnetisch veld om de beweging van NPs tegen bloedstroom te controleren hebben bewezen. Echter, hoe de interferentie van het menselijk lichaam met het magnetische veld op te lossen, hoe de impact van bloedcellen die botsen met NPs op te lossen, en hoe een groot aantal NPs in een groep te controleren, zijn nog steeds in ontdekking.

2. Moeilijkheid in lokalisatie van NPs in vivo

In vergelijking met het menselijk lichaam, is de grootte van NPs te klein. Zelfs als NPs geladen zijn met fluorescerende eiwitten, is het nog steeds moeilijk voor conventionele imagingapparatuur (CT, X-stralen, MRI) om de NPs in het menselijk lichaam in real-time te lokaliseren. Om deze uitdaging aan te pakken, kan fotoakoestische gecomputeerde tomografie (PACT) een oplossing zijn. Fotoakoestische gecomputeerde tomografie (PACT) heeft hoge ruimtelijke-tijdelijke resolutie (125-μm in-plane resolutie en 50-μs frame⁻¹ data-acquisitie), diepe penetratie (48-mm weefselpenetratie in vivo), en anatomische en moleculaire contrasten bereikt. Vanwege de uitstekende prestaties, heeft PACT groot potentieel in NPs lokalisatie imaging in vivo. Het PACT-geleide microrobotische systeem ontworpen door Wu et al. heeft gecontroleerde voortstuwing en verlengde lading retentie in vivo van NPs met een diameter van 50 μm bereikt. Hoewel de huidige resolutie en diepe penetratie van PACT nog onvoldoende zijn, is het superieur aan conventionele imagingapparatuur (CT, X-stralen, MRI) in termen van NPs imaging positionering.

3. Moeilijkheid van afbraak in het menselijk lichaam

Hoewel NPs gemaakt zijn van hoge biosafety materialen, is er nog steeds een risico op schade aan lever, nieren, en andere organen als ze lang in het lichaam blijven en niet kunnen worden afgebroken of uitgeplast. Het gebruik van materialen die na near-infrarood licht bestraling ontbinden om NPs te fabriceren, kan een oplossing voor dit probleem zijn. Recentelijk zijn steeds meer NPs geproduceerd door deze materialen. Dergelijke NPs medieren PTT terwijl ze geneesmiddelen laden, tegelijkertijd kunnen de stoffen geproduceerd door de ontbinding van NPs snel door het menselijk lichaam worden gemetaboliseerd. Daarnaast is het gebruik van meer biocompatibele en afbreekbare materialen voor nanodeeltjesbereiding ook een oplossing. Bijvoorbeeld, het oppervlak van chitosaan is positief geladen en kan worden afgebroken door de darmflora, wat de interactie met specifieke weefsels vergemakkelijkt en door het lichaam kan worden gemetaboliseerd. De biocompatibiliteit en afbreekbaarheid van chitosaan is bewijzen als niet-toxisch bij geschikte medicijnconcentraties.

4. Moeilijkheid in het vermijden van mononucleair fagocytair systeem (MPS)

In biofluiden zullen NPs eiwitten adsorberen om een corona-laag te vormen die in bredere zin "proteïne corona" genoemd wordt, wat biologische identiteit aan NPs geeft en hun biologische karakters verandert, wat MPS vooral macrofagen aantrekt om NPs op te nemen. Om te vermijden door MPS op te nemen, zijn diverse polymere coatings zoals polyether, polybetaine (PB) en polyol onderzocht om NPs te bedekken. Bijvoorbeeld, polyglycerol-gegreffte NPs zijn in staat om macrofaag opname te ontwijken door proteïne adsorptie te verminderen. Daarnaast zijn er twee typen tumor-geassocieerde macrofagen (TAM), M1 en M2. M1 macrofagen remmen tumorgroei terwijl M2 macrofagen tumorgroei bevorderen. Daarom, niet langer macrofagen te vermijden, maar NPs gericht door macrofagen te ontwerpen, door de functie van macrofagen te reguleren, en zelfs macrofagen te gebruiken als nieuwe medicijndragers om anti-tumor effecten uit te oefenen, kan een nieuwe oplossing worden. Op dit moment omvatten veelvoorkomende ontwerpstrategieën voor dergelijke NPs het remmen van macrofaag werving, uitputting van TAM, herprogrammering van TAMs, en blokkeren van CD47-SIRPα pathway. Onder deze, volgende het ontwerpconcept van herprogrammering of blokkeren van CD47-SIRPα pathway, hebben NPs die M2 macrofagen naar M1 type repolariseren een doorbraak in vivo experimenten gemaakt.

Overweging de bovenstaande moeilijkheden en refererend tot geavanceerde onderzoeken, komen we met een nieuw mogelijk ontwerp van NPs. Het NPs skelet is gemaakt van pyrolytisch materiaal (spirulina, exosomen, et al.). Vervolgens worden fotothermische materialen (Au, Pd, etc.) op het NPs skelet gedeponeerd door chemisch vrije platering. Daarna wordt superparamagnetisch ijzeroxide op het oppervlak van NPs geladen door de sol-gele methode. Vervolgens zullen geschikte polymeren (polybetaine, polyglycerol, etc.) de NPs bedekken. Ten slotte zal medicijn (zoals doxorubicin) op de NPs geladen worden. Daarna, onder de geleiding van PACT, zullen NPs in de upstream van tumor voedende bloedvat worden geïnjecteerd, en de tumor wordt bestraald met NIR. Tegelijkertijd wordt driedimensionaal magnetisch veld controle gegeven om de accumulatie van NPs op de tumorplaats te maximaliseren. Door dit ontwerp, zullen een groot aantal NPs op de tumorplaats accumuleren om de medicijnconcentratie en PTT effect te waarborgen. Tegelijkertijd zullen de meeste NPs op de tumorplaats ontbinden, en slechts een klein aantal NPs zullen in het lichaam circuleren.

Tegenwoordig is anti-tumor therapie met NPs als hoofdbestand nog in de verkennende fase, en gerelateerde technologieën en apparatuur moeten worden uitgevonden, dus is het onwaarschijnlijk dat het op korte termijn klinisch wordt gebruikt. Echter, NPs kunnen een deel van de functie of structuur van veel daadwerkelijke technologieën veranderen. De upgrade van daadwerkelijke technologieën wordt verwacht om snel klinisch toegepast te worden, wat bijdraagt aan het upgraden van de diagnose en behandeling van tumoren. Bijvoorbeeld, NPs kunnen helpen om elektrochemische apparaten te ontwikkelen gebaseerd op de interactie tussen ionen en geleidende polymeren, zoals organische elektrochemische transistors (OFETs), elektrolyt-gegate field-effect transistors (FETs), fin field-effect transistor (FinFETs), tunnel field-effect transistors (TFETs), elektrochemische lab-on-chips (LOCs). Deze elektrochemische apparaten worden breed gebruikt in diverse tumortest- en diagnostische apparatuur. Het gebruik van NPs kan helpen de nauwkeurigheid van de apparatuur te verbeteren en de detectietijd te verminderen. Veel studies wijzen erop dat medische apparatuur die elektronische componenten geüpgraded door NPs gebruiken, klinisch zijn toegepast.

Gebaseerd op de bovengenoemde bewijzen, kan toekomstig onderzoek van NPs niet alleen focussen op NPs zichzelf, maar ook een haalbare administratie- en effectiviteit beoordelingsplatform overwegen. Daarnaast moet het platform in staat zijn om immunotoxiciteit, langdurige toxiciteit, en neurotoxiciteit van NPs te monitoren. Als nanotechnologie zich ontwikkelt, als deze problemen zijn opgelost, zouden NPs een ideale aanpak zijn om kankertherapie en diagnose te upgraden.