Forskere visualiserer potentielle hjernekræftbehandlinger i realtid med nanoteknologi

Virginia Tech Carilion Research Institutes forskere har udviklet nye billedbehandlingsteknikker til at se farlige hjernetumorceller reagere på behandling i realtid.

Udgivet i Nano bogstaver , undersøgelsen blev ledet af Zhi Sheng og Deborah Kelly, begge adjunkter ved instituttet, og beskriver, hvordan forskerholdet brugte nanoteknologi til at se tumorstamceller reagere på terapi.

"Vi har aldrig været i stand til direkte at observere virkningerne af potentielle kræftbehandlinger på denne måde før, " sagde Sheng, en cancerbiolog og en assisterende professor i biomedicinske videnskaber og patobiologi ved Virginia–Maryland College of Veterinary Medicine. "Det var forbløffende. I alle mine år med forskning i glioblastom, Jeg havde kun set statiske billeder."

Både Sheng og Kelly krediterer Elliot Pohlmann, en fjerdeårig Virginia Tech School of Medicine-studerende og papirets første forfatter, for at udløse samarbejdet mellem deres laboratorier om netop dette projekt.

"Vi indså, at glioblastom-stamceller kunne fungere meget godt med de billedbehandlingsteknikker, Dr. Kelly udviklede, "Sagde Pohlmann." Med lidt forsøg og fejl, vi har produceret visuelt slående billeder."

Glioblastom er en hjernekræft med en dårlig prognose. Selv med kirurgiske indgreb eller traditionelle behandlinger, nogle af cellerne – stamcellerne – har en tendens til at overleve og vokse nye tumorer.

"Glioblastomtumorer er svære at målrette mod, "Sheng sagde." De er aggressive og resistente over for terapeutiske midler. Med vores billedteknikker, vi kan muligvis få ny indsigt i, hvordan cellerne reagerer dynamisk på behandlinger."

Forskerholdet adskilte de svære at dræbe stamceller fra den generelle glioblastompopulation ved at tiltrække stamcellerne til en mikrochip belagt med antistoffer. Forskerne brugte derefter et specielt designet mikrofluidkammer til at fange cellerne i et flydende miljø.

Når prøverne var på plads, forskerne sprængte dem med guld nanorods – svarende til hvad der bruges i nogle kræftbehandlinger – og så processen i cellekulturer ved hjælp af in situ transmissionselektronmikroskopi.

Kelly samarbejdede med medforfatter Madeline Dukes, en applikationsforsker hos Protochips Inc., at udvikle det mikrofluidiske udstyr.

"Vi var nysgerrige efter at se, om vi kunne isolere disse typer af giftige celler fra de andre hjernetumorceller, mens der udvikles nye billeddannelsesværktøjer på enkeltcelleniveau for at visualisere forløbet af terapier, der er nødvendige for at udrydde disse celler, " sagde Kelly, projektets ledende videnskabsmand og en biofysiker med stor ekspertise i højopløsningsbilleddannelse. Hun er også assisterende professor i biologiske videnskaber ved Virginia Tech's College of Science.

"Det er spændende at se ting, ingen andre har set før, " sagde Pohlmann. "Det er endnu mere spændende at producere de dybe billeder med dette projekt."

Forskere siger, at teknologien har mange potentielle anvendelser.

"Man kan muligvis direkte observere en influenzavirus, HIV, eller andre humane patogener, der inficerer en celle, eller endda teste nye kræftbehandlinger på celleniveau, " sagde Kelly.

Sheng pegede på en anden egenskab, der gør kræftceller vanskelige at behandle:bred heterogenitet. I den samme kræftpopulation, selv naboceller kan afvige drastisk, og hver celle kan reagere forskelligt på behandlinger.

"Vi kan se på encellede levering af kræftbehandlinger, og se hvordan de enkelte celler reagerer, " sagde Sheng. "Hvis vi kan lære at dræbe disse celler, vi burde være i stand til at forbedre vores chancer for at udvikle effektive behandlinger ved direkte at kunne observere virkningerne af de mulige terapier. "

Kelly og Sheng, hvis kontorer er på samme etage i Virginia Tech Carilion Research Institute i Roanoke, har tidligere arbejdet sammen og arbejder i øjeblikket på at forstå de mekanismer, der ligger til grund for arvelig brystkræft.