Ingeniører udvikler kræftmålrettede nanoprobe-sensorer

(PhysOrg.com) - Forskere ved UC Berkeley har skabt smarte nanoprober, der en dag kan blive brugt i kampen mod kræft til selektivt at opsøge og ødelægge tumorceller, samt rapportere tilbage om missionens status. Forskerholdet skabte multifunktionelle sonder, som de har døbt nanokoraler.

Et lille antal forskerhold rundt om i verden har udviklet målspecifikke nanoprober i de sidste 10 år i et forsøg på at reducere - og måske eliminere - den toksiske kemoterapi, der tager på de sunde celler, der bor i nærheden af ​​deres syge modparter.

Hvad manglede, imidlertid, er en mekanisme, hvorved nanoproberne ikke kun kunne finde kræftcellen, men også videresende information, når de låste sig fast på målet. UC Berkeley-teamet skabte sådanne multifunktionelle sonder, som de har døbt nanokoraler.

Udviklingen af ​​de nye nanokoraler er forsidehistorien til det trykte nummer af det peer-reviewede tidsskrift den 22. februar Lille .

"Hvis du sender en satellit ud i rummet, du har brug for det til at gøre mere end én ting. Den skal nå sit mål, opdage sine omgivelser, og kommunikere tilbage til jordkontrol, " sagde Luke Lee, Lloyd Distinguished Professor of Bioengineering ved UC Berkeley og leder af UC Berkeley-teamet, der udviklede nanokoralen. "Det samme gælder i den molekylære galakse. Vi har brug for sonder, der kan finde en syg celle, behandle det, og fortælle os om det lokale miljø, så vi kan afgøre, om behandlingen virker. De nanokoralprober, vi opfandt, er et vigtigt skridt i denne retning."

De små sonder måler et par hundrede nanometer i diameter - en tusindedel af bredden af ​​et menneskehår, og en hundrededel af størrelsen af ​​de fleste kræftceller. Holdets indsigt var at kombinere forskellige materialer - ru guld på den ene side, og glat polystyren på den anden side - på en enkelt sonde.

Navnet på den nye sonde er inspireret af naturlige havkoraller, som bruger ru overflader til at forbedre opfangningen af ​​lys og madpartikler.

"Som naturlige koraller, den stærkt ru nanokorale overflade er designet til at fange molekyler nær proberne, og rapportere deres tilstedeværelse tilbage til forskere, " sagde Benjamin Ross, en ph.d. studerende i UC Berkeley's Applied Science and Technology Program, og en af ​​to co-lead forfattere af undersøgelsen. "Den type molekyler, der er til stede - eller fraværende - på cellens overflade, kan give tydelige tegn på, hvordan en celle reagerer på det nye lægemiddel, der leveres."

Den sanselige side af nanokoralen er afhængig af en teknik kaldet overfladeforstærket Raman-spektroskopi (SERS), som udnytter de elektromagnetiske excitationer, der opstår, når molekyler kommer i kontakt med den ru overflade af et metal, såsom guld. Molekyler producerer oscillationer, der giver resonans ved signaturfrekvenser, når de udsættes for laserlys, afsløre deres tilstedeværelse for forskerne.

Forskerne verificerede nanokoralens følsomhed ved at måle dens evne til at detektere en standard kemisk forbindelse til Raman-spektroskopi.

For at få nanokoralen til at målrette mod specifikke celler, forskerne udnyttede muligheden for at binde antistoffer til polymeroverflader.

"Vi kan skræddersy nanokoralen til kræftceller af interesse ved at vedhæfte de passende antistoffer, " sagde undersøgelsens anden co-lead forfatter, Liz Wu, der udførte denne forskning som ph.d. studerende på Applied Science and Technology-uddannelsen.

Forskerne demonstrerede dette koncept ved at belægge polystyrenoverfladen med antistoffer, der angriber human epidermal vækstfaktor receptor 2 (HER-2), et velkendt mål for kræftbehandling, da det ofte er overudtrykt i aggressive former for brystkræft. De bekræftede med både lyse felt og fluorescerende billeder, at nanokoralen fæstnet til brystkræftceller med HER-2-receptorer, mens kontrolforsøg viste, at der ikke opstod nogen binding, når forskellige antistoffer, eller når celler, der mangler HER-2, blev brugt.

"Vi er stadig i de tidlige udviklingsstadier, men vi er optimistiske om, at nanokoralerne med tiden vil blive nyttige diagnostiske og behandlingsværktøjer til en lang række kræftformer, " sagde Lee. "Dette vil potentielt give os mulighed for ikke kun at levere et lægemiddel, men også for at se responsen i realtid på et subcellulært niveau."

En anden medforfatter til undersøgelsen er SoonGweon Hong, UC Berkeley kandidatstuderende i bioteknik.