Nanobots könnten die Zukunft der Behandlung von Blasenkrebs sein

Eine neue Studie untersucht den Einsatz von Nanobots, um tumortötende Medikamente effizienter an Patienten zu verteilen. Die Ergebnisse könnten einen durchschlagenden Einfluss auf die weitere Behandlung haben.

A new study explores the use of nanobots to distribute tumor-killing medications more efficiently to patients. The researchers employed tiny self-propelled machines that could penetrate deeper into bladder cancer tumors when compared to current methods. The results could have a resounding effect on treatment moving forward. Here's everything you need to know.

Eine neue Studie untersucht den Einsatz von Nanobots, um tumortötende Medikamente effizienter an Patienten zu verteilen. Die Forscher verwendeten winzige selbstfahrende Maschinen, die im Vergleich zu aktuellen Methoden tiefer in Blasenkrebstumoren eindringen konnten. Die Ergebnisse könnten einen durchschlagenden Einfluss auf die weitere Behandlung haben. Hier finden Sie alles, was Sie wissen müssen.

Bladder Cancer

Blasenkrebs

Bladder cancer is one of the leading causes of death around the world. A recent study by the American Cancer Society projected around 82K people will be diagnosed with bladder cancer in 2023 alone. Of those diagnosed, around 16.5K will not survive the ordeal. As such, it's easy to see why there's considerable effort put towards helping to reduce the number of people who will be affected by bladder cancer in the coming years.

Blasenkrebs ist weltweit eine der häufigsten Todesursachen. Eine aktuelle Studie der American Cancer Society geht davon aus, dass allein im Jahr 2023 bei etwa 82.000 Menschen Blasenkrebs diagnostiziert wird. Von den diagnostizierten Personen werden etwa 16,5.000 die Tortur nicht überleben. Daher ist es leicht zu erkennen, warum erhebliche Anstrengungen unternommen werden, um die Zahl der Menschen, die in den kommenden Jahren von Blasenkrebs betroffen sein werden, zu verringern.

The main causes of bladder cancer are smoking, workplace exposure to carcinogens, dietary factors, genes, diesel exhaust exposure, and radiotherapy. Notably, around 75% of confirmed bladder cancer tumors are non-muscle-invasive, meaning the cancer is located only on the inner layer of cells.

Die Hauptursachen für Blasenkrebs sind Rauchen, die Exposition gegenüber Karzinogenen am Arbeitsplatz, Ernährungsfaktoren, Gene, Dieselabgasbelastung und Strahlentherapie. Bemerkenswert ist, dass etwa 75 % der bestätigten Blasenkrebstumoren nicht muskelinvasiv sind, was bedeutet, dass der Krebs nur auf der inneren Zellschicht lokalisiert ist.

Current Treatment

Aktuelle Behandlung

The current methods of treating bladder cancer are effective and not dangerous. However, they leave lots of room for improvement. The most common procedure involves administering drugs directly to the bladder. The problem with treating bladders versus other organs is that it's designed to flush out toxins with urine constantly.

Die aktuellen Methoden zur Behandlung von Blasenkrebs sind wirksam und ungefährlich. Allerdings lassen sie viel Raum für Verbesserungen. Das häufigste Verfahren besteht darin, Medikamente direkt in die Blase zu verabreichen. Das Problem bei der Behandlung von Blasen im Vergleich zu anderen Organen besteht darin, dass Giftstoffe ständig mit dem Urin ausgespült werden sollen.

This urine, coupled with sedimentation, results in a low therapeutic efficacy. Drugs can find it hard to fully diffuse in a urine-rich environment that is constantly swapping out fluids to remain clean. Additionally, it's difficult to get the medication in all corners of the bladder, which results in some cell layers being untreated.

Dieser Urin führt zusammen mit der Sedimentation zu einer geringen therapeutischen Wirksamkeit. In einer urinreichen Umgebung, in der ständig Flüssigkeiten ausgetauscht werden, um sauber zu bleiben, kann es für Medikamente schwierig sein, sich vollständig zu verteilen. Darüber hinaus ist es schwierig, das Medikament in alle Ecken der Blase zu bringen, was dazu führt, dass einige Zellschichten unbehandelt bleiben.

These untreated cells can become future tumors and lead to the patient having to undergo multiple procedures and monitoring to ensure effectiveness for the following 5 years after treatment. Thankfully, researchers have put many years into figuring out the best way to deliver these life-giving drugs, and this latest development shows massive potential.

Diese unbehandelten Zellen können zu zukünftigen Tumoren werden und dazu führen, dass sich der Patient mehreren Eingriffen und Überwachungen unterziehen muss, um die Wirksamkeit für die folgenden 5 Jahre nach der Behandlung sicherzustellen. Zum Glück haben Forscher viele Jahre damit verbracht, herauszufinden, wie diese lebensspendenden Medikamente am besten verabreicht werden können, und diese neueste Entwicklung zeigt ein enormes Potenzial.

Nanobots Study

Nanobots-Studie

The study, “Urease-powered nanobots for radionuclide bladder cancer therapy,” was published in Nature Nanotechnology. In the paper, scientists discuss the use of radiolabeled mesoporous silica-based urease-powered nanobots to improve bladder cancer treatment procedures. Specifically, the engineers wanted to see how the nanoparticles penetrated the bladder walls and dispersed across the organs.

Die Studie „Urease-betriebene Nanobots für die Radionuklid-Blasenkrebstherapie“ wurde in Nature Nanotechnology veröffentlicht. In dem Artikel diskutieren Wissenschaftler die Verwendung radioaktiv markierter, mesoporöser, mit Urease betriebener Nanobots auf Kieselsäurebasis zur Verbesserung der Behandlungsverfahren für Blasenkrebs. Konkret wollten die Ingenieure sehen, wie die Nanopartikel die Blasenwände durchdringen und sich in den Organen verteilen.

Source – Bioengineering of Catalonia (IBEC) and CIC biomaGUNE.

Quelle – Bioengineering of Catalonia (IBEC) und CIC biomaGUNE.

Nanomachines

Nanomaschinen

The nanobots used in this experiment are shaped like porous spheres. They Are made of silica and are designed to self-propel when exposed to the protein urease, which is found in urine. The researchers monitored as the silica nanoparticles (MSNPs) moved about the organ, reaching the deepest corners. Specifically, the nanobots move using ammonia and CO2 created by the asymmetric decomposition of urease around the device.

Die in diesem Experiment verwendeten Nanobots haben die Form poröser Kugeln. Sie bestehen aus Kieselsäure und sind so konzipiert, dass sie sich selbst antreiben, wenn sie dem Protein Urease ausgesetzt werden, das im Urin vorkommt. Die Forscher beobachteten, wie sich die Silica-Nanopartikel (MSNPs) durch das Organ bewegten und die tiefsten Ecken erreichten. Konkret bewegen sich die Nanobots mit Ammoniak und CO2, die durch die asymmetrische Zersetzung von Urease um das Gerät herum entstehen.

Test

Prüfen

The testing phase involved two lab mice, vivo and ex vivo. Both mice suffered from bladder cancer tumors located deep within their organs. The researchers injected nanoparticles directly into the patients so the team could study the maneuverability of the nanoparticles and their accumulation within the organ. Notably, the mice were made to change position every 30 minutes to help facilitate equal dispersion across the organ. Here's what was learned.

An der Testphase waren zwei Labormäuse beteiligt, vivo und ex vivo. Beide Mäuse litten an Blasenkrebstumoren, die sich tief in ihren Organen befanden. Die Forscher injizierten den Patienten Nanopartikel direkt, damit das Team die Manövrierfähigkeit der Nanopartikel und ihre Anreicherung im Organ untersuchen konnte. Bemerkenswert ist, dass die Mäuse alle 30 Minuten ihre Position wechseln mussten, um eine gleichmäßige Verteilung im Organ zu ermöglichen. Hier ist, was gelernt wurde.

Murine Tests

Maustests

Murine tests were used to study the level of penetration achieved by the nanoparticles. To accomplish this task, the team used radio-iodinated nanobots. The team relied on the commonly used Iodine-131 and positron emission tomography (PET) imaging to see exactly what layers were treated.

Mithilfe von Mäusetests wurde der Grad der Penetration der Nanopartikel untersucht. Um diese Aufgabe zu erfüllen, verwendete das Team radiojodierte Nanobots. Um genau zu sehen, welche Schichten behandelt wurden, verließ sich das Team auf die häufig verwendete Bildgebung mit Jod-131 und Positronenemissionstomographie (PET).

Optical System

Optisches System

The engineers created a new fluorescence microscopy system developed at IRB Barcelona. This new optical testing process provides an in-depth 3d model demonstrating penetration levels across the organ. Specifically, a system that used Label-free optical contrast based on polarization-dependent scattered light-sheet microscopy of cleared bladders made the process easier. It eliminated the light usually refracted by the liver, which made it much easier to confirm the nanoparticle's movement.

Die Ingenieure haben ein neues Fluoreszenzmikroskopiesystem entwickelt, das am IRB Barcelona entwickelt wurde. Dieses neue optische Testverfahren liefert ein detailliertes 3D-Modell, das den Penetrationsgrad im gesamten Organ demonstriert. Insbesondere ein System, das markierungsfreien optischen Kontrast auf Basis der polarisationsabhängigen Streulichtblattmikroskopie von gereinigten Blasen nutzte, erleichterte den Prozess. Es eliminierte das Licht, das normalerweise von der Leber gebrochen wird, was es viel einfacher machte, die Bewegung des Nanopartikels zu bestätigen.

Results

Ergebnisse

The test results were eye-opening. The new process was able to achieve far better dispersion and penetration versus traditional methods. Specifically, a single dose of urea-powered, radionuclide-carrying nanorobots successfully reduced the size of tumors in the test subjects by 90%. Interestingly, the team discovered that the nanobots were able to break down the wall of the bladder and the extracellular wall of the tumor by altering Ph levels.

Die Testergebnisse waren aufschlussreich. Mit dem neuen Verfahren konnte im Vergleich zu herkömmlichen Methoden eine weitaus bessere Verteilung und Penetration erreicht werden. Konkret konnte eine Einzeldosis harnstoffbetriebener, Radionuklide tragender Nanoroboter die Größe von Tumoren bei den Testpersonen erfolgreich um 90 % reduzieren. Interessanterweise entdeckte das Team, dass die Nanobots in der Lage waren, die Blasenwand und die extrazelluläre Wand des Tumors aufzubrechen, indem sie den pH-Wert veränderten.

Benefits

Vorteile

There are several benefits that the new bladder cancer study makes possible. For one, it shows enhanced diffusion and mixing capabilities. As such, it makes treatments more effective. The self-propelled nanobots can enter and spread across the bladder using urine as the catalyst, creating a more efficient approach.

Die neue Blasenkrebsstudie bietet mehrere Vorteile. Zum einen weist es verbesserte Diffusions- und Mischfähigkeiten auf. Dadurch werden Behandlungen effektiver. Die selbstfahrenden Nanobots können mithilfe von Urin als Katalysator in die Blase eindringen und sich dort ausbreiten, wodurch ein effizienterer Ansatz entsteht.

Pierce Tumor Wall

Tumorwand durchbohren

The new process sent nanobots colliding with the urothelium. In the past

Der neue Prozess ließ Nanobots mit dem Urothel kollidieren. In der Vergangenheit