Glucosaminringe forvandler stjerneformede fluorescerende farvestoffer til kraftfulde prober til billeddannelse af kræftceller i tre dimensioner

(Phys.org)—Tidlig påvisning af bløddelssygdomme, såsom brystkræft, kræver typisk invasive biopsier. Nu, en ny selvsamlet nanopartikel udviklet af Bin Liu ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering og kolleger kan snart gøre biopsier forældede. Holdets materiale øger markant sikkerheden ved to-fotonmikroskopi (TPM) - en teknik, der bruger fluorescerende prober til at generere tredimensionelle billeder af kræftcellestrukturer i levende væv.

Selvom TPM giver dyb adgang til cellevæv uden væsentlig fotobeskadigelse, at finde egnede stoffer til at fungere som lysemitterende prober er udfordrende. 'Quantum dots' lavet af aggregater i nanoskala af elementer som cadmium og selen er fremragende cellestrukturbelysningsapparater, takket være deres lyse og stabile fluorescens. Imidlertid, deres iboende toksicitet begrænser mange mulige biologiske anvendelser.

Liu og hendes team henvendte sig derfor til konjugerede organiske molekyler for at producere mindre giftige farvestoffer til TPM. Mens sådanne små organiske molekyler normalt ikke er i stand til at absorbere tilstrækkelige mængder laserlys til at starte fluorescensbilleddannelse, holdet løste dette problem ved at syntetisere et stjerneformet materiale kendt som en dendrimer. Bestående af en central triphenylaminkerne og tre 'arme' lavet af forlængede konjugerede kæder, denne unikke geometri kan inducere meget større tværsnit, der kan absorbere to-fotoner bedre end isolerede fluorescerende farvestoffer.

For at sikre biokompatibilitet mellem den stjerneformede dendrimer og cellevæv, forskerne måtte bruge et kemisk trick. Inspireret af chitosans alsidige bindingsadfærd, et naturligt polysaccharid, holdet brugte en mild bromid-thiol-reaktion til at fastgøre flere glucosamin-sukkerringe til dendrimerens arme. Ifølge Liu, denne proces sænkede farvestoffets cytotoksicitet og satte dem i stand til at funktionalisere det med folinsyreligander, der er målrettet mod overfladerne af en brystkræftcellelinje kendt som MCF-7.

Holdets eksperimenter viste, at det dendritiske farvestof selv blev samlet til dispergerede nanopartikler, når de blev nedsænket i vand - en form, der øger to-foton-absorption tværsnit og giver et højt udbytte af laser-induceret fluorescens. Da de inkuberede disse nanopartikler i MCF-7-cellerne, efterfølgende TPM-billeddannelse afslørede en lys fluorescens lokaliseret inde i cancercellens cytoplasma (se billede). Disse data indikerer, at specifik binding forekommer mellem det dendritiske farvestof og folatreceptorer på MCF-7-overfladen.

Cellelevedygtighed tæt på 100 % ved farvestofkoncentrationer brugt til billeddannelsesundersøgelser bekræfter, at denne strategi er en sikker og lovende måde at øge brugen af ​​TPM-billeddannelse på. "Vi er ivrige efter at udvide den nuværende in vitro billedbehandling til in vivo applikationer, " bemærker Liu.