"In vivo photodynamic therapy using upconversion nanoparticles as remote-controlled nanotransducers". N. M. Idris, M. K. Gnanasammandhan, J. Zhang, P. C. Ho, R. Mahendran, Y. Zhang. NATURE MEDICINE. In press. DOI: 10.1038/nm.2933
Conventional photodynamic therapy (PDT) is limited by the penetration
depth of visible light needed for its activation. Here we used
mesoporous-silica–coated upconversion fluorescent nanoparticles (UCNs)
as a nanotransducer to convert deeply penetrating near-infrared light to
visible wavelengths and a carrier of photosensitizers. We also used the
multicolor-emission capability of the UCNs at a single excitation
wavelength for simultaneous activation of two photosensitizers for
enhanced PDT. We showed a greater PDT efficacy with the
dual-photosensitizer approach compared to approaches using a single
photosensitizer, as determined by enhanced generation of singlet oxygen
and reduced cell viability. In vivo studies also showed tumor
growth inhibition in PDT-treated mice by direct injection of UCNs into
melanoma tumors or intravenous injection of UCNs conjugated with a
tumor-targeting agent into tumor-bearing mice. As the first
demonstration, to the best of our knowledge, of the
photosensitizer-loaded UCN as an in vivo–targeted PDT agent, this finding may serve as a platform for future noninvasive deep-cancer therapy.
La terapia fotodinámica convencional (PDT) está limitada por la profundidad de penetración de la luz visible necesaria para su activación. Aquí se usaron nanopartículas fluorescentes que presentan upconversion, cubiertas de dióxido de silicio mesoporoso (UCNs) como un nanotransductor que convierte luz de alta penetración, en el infrarrojo cercano, en luz con longitudes de onda visibles, y también se utilizaron como portadores de fotosensibilizadores. También se uso capacidad de emisión multicolor de las UCNs, ante la excitación de una sola longitud de onda, para la activación simultánea de dos fotosensibilizadores que incrementan la PDT. Se muestra una mayor eficacia de PDT con la estrategia de fotosensibilizadores duales que usando un sólo fotosensibilizador, como pudo ser determinado por el aumento en la generación de oxígeno singulete y la reducción de la viabilidad celular. Estudios in vivo mostraron también una inhibición en el crecimiento tumoral de ratones tratados con PDT, por medio de la inyección directa de UCNs en tumores de melanoma, o por medio de la inyección intravenosa de UCNs conjugadas con un agente identificador de tumores en los ratones con tumores. Ésta es una primera demostración, hasta donde se sabe, del uso de UCN cargadas con fotosensibilizadores como un agente PDT dirigido in vivo, estos resultados pueden servir de plataforma para futuras terapias no invasivas en cáncer profundo.
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