Near-infrared laser photothermal therapy of cancer by using gold nanoparticles: Computer simulations and experiment

We describe applications of silica(core)/gold(shell) nanoparticles to photothermal therapy of spontaneous tumor of cats and dogs. The laser irradiation parameters was optimized by preliminary experiments with laboratory rats. The temperature distribution in tissue and solution samples was measured with a thermal imaging system. It is shown that the temperature in the volume region of nanoparticles localization can substantially exceed the surface temperature recorded by the thermal imaging system. We demonstrate effective optical destruction of cancer cells by local injection of plasmon-resonant gold nanoshells followed by continuous wave (CW) semiconductor laser irradiation at wavelength 808 nm.

ZusammenfassungWir beschreiben Applikationen von Silica (Kern)/Gold(Hülle)-Nanopartikel für die photothermische Therapie spontaner Tumore bei Katzen und Hunden. Die Laser-Bestrahlungsparameter wurden durch vorausgehende Experiments an Ratten optimiert. Die Temperaturverteilung im Gewebe und in wässrigen Proben wurden mit einer Thermokamera gemessen. Es wird gezeigt, dass die Temperaturverteilung, mit der Thermokamera aufgenommen, im Volumen der Nanopartikelanreicherung die gemessene Oberflächentemperatur substantiell übersteigt. Wir demonstrieren die effektive Zerstörung von Tumorzellen durch lokale Injektion von Plasmon-resonante Gold-Nanopartikel (nanoshells) und Bestrahlung mit einem Diodenlaser bei 808 nm.

ResùmenEn este trabajo se describe el uso de nanoparticulas de silica (núcleo)/oro (cubierta) para la terapia fototérmica de tumores espontáneos en perros y gatos. Los parámetros de irradiación láser fueron optimizados en experimentos preliminares utilizando ratas de laboratorio. La distribución de la temperatura en muestras de tejido y muestras solubles fue medida mediante un sistema térmico de proyección de imágenes. De esta manera, se demostró que la temperatura en la región de localización de los nanoparticulas excede substancialmente la temperatura superficial registrada a través del sistema térmico de proyección de imágenes. Más aún, se observó que la inyección local de plasmón resonante mediante nanoparticulas de oro seguida de una radiación con un láser de diodo de 808 nm produce una destrucción efectiva de las células tumorales.