Nanodiamonds:En kræftpatients bedste ven?

Diamanter betragtes nogle gange som en piges bedste ven. Nu, dette udtryk er ved at få en ny betydning. Ja, diamantpartikler i nanometrisk skala kunne tilbyde en ny måde at opdage kræft langt tidligere end tidligere antaget. Det er netop formålet med et forskningsprojekt kaldet Dinamo, finansieret af EU. Specifikt, det sigter mod at udvikle en ikke-invasiv nanoteknologi sensing platform til real-time overvågning af biomolekylære processer i levende cancerceller.

For at gøre det, de udviklede en ny teknik, baseret på brugen af ​​fluorescerende nanodiamantpartikler (NDP'er). "Vi demonstrerede, at den specifikke kombination af NDP-egenskaber gør dem til et yderst velegnet materiale til konstruktion af prober, der er i stand til at sanse biomolekyler lige fra proteiner til DNA, " siger teamkoordinator Milos Nesladek, som også er hovedforsker ved Institut for Materialeforskning, Imec, baseret i Leuven, Belgien, "sådanne prober kunne bruges til at studere molekylære processer i celler på nanoskala."

Problemet er, at tidligere løsninger ikke tillod overvågning af processer i levende celler i længere tid. "Vores vigtigste udfordring var at erstatte fluorescerende bimolekylære farvestoffer, der i øjeblikket bruges som luminescensmarkører i cancercelleforskning, " forklarer Nesladek.

NDP'er har flere fordele. De er meget biokompatible. De kan forblive i længere perioder inde i celler uden at påvirke nogen cellulære mekanismer. Desuden, de kan konstrueres til at opnå en række optik, magnetiske og overfladeegenskaber. "Den lille størrelse af NDP'er gør dem i stand til at penetrere individuelle cellemembraner på en ikke-invasiv måde, som ikke forårsager skade på cellen og uden nogen afbrydelse af normale cellulære funktioner, " Nesladek fortæller CommNet. "Luminescensen og de magnetiske egenskaber ændrer sig afhængigt af NDP'ens interaktion med det cellulære miljø, " tilføjer han.

Overfladeegenskaberne af NDP'er er sådan, at det er muligt at knytte specifikke biomolekyler til dem, såsom primære DNA-molekyler. Leveres præcist til målcellen, disse biomolekyler kan måle, overvåge eller ændre biologiske komponenter i cellen. NDP'erne kan således ikke kun blive et værktøj til at overvåge og opdage præ-cancerøse forandringer, men også for at rette op på dem. Yderligere udvikling er i gang i efterfølgende EU-projekter som DIAMANT.

Nogle eksperter hilser denne tilgang velkommen. "Udvikling af nye lægemiddelleveringsbærere er afgørende for behandling af adskillige sygdomme, herunder kræft, " kommenterer Fedor Jelezko, direktør for Institut for Kvanteoptik ved Ulm Universitet i Tyskland. "Det nye i tilgangen i [projektet] er brugen af ​​innovativt materiale til at transportere narkotika, " fortæller han til CommNet. Nanodiamond giver unikke muligheder for design af lægemiddelbærere, da de kan afbildes optisk ved hjælp af fluorescensmikroskopiteknik. "Dette tillader overvågning af lægemiddellevering og frigivelse af lægemidler i cellerne med hidtil usete detaljer, " tilføjer han. Denne overvågning er allerede blevet demonstreret af hold fra Ecole Normale Supérieure (ENS) i Cachan og Gustave Roussy Cancer Institute i Paris, Frankrig.

Andre eksperter er mere forsigtige. "Selvom der har været adskillige overbevisende eksperimenter, der viser, at nanodiamanter kan bære aktive anti-kræftlægemidler i kulturceller og endda i mus, det er meget usandsynligt, at det nogensinde vil blive brugt til mennesker, mest fordi diamant er så inert, at den ikke kan nedbrydes og derfor ikke let kan elimineres af kroppen", kommenterer François Treussart, fysikprofessor ved ENS.

Imidlertid, han ser ud til at have en lys fremtid for teknologien. "Langt ud over [projektets] mål, nanodiamond fremtid i medicinske applikationer er mere som en diagnostisk enhed i personlig medicin eller som et overvågningsværktøj, for eksempel til at spore stamcelleindplantning i regenerativ medicin, som for nylig demonstreret af de biomedicinske anvendelser af fluorescerende ND-team på Institute of Atomic and Molecular Science, på Academia Sinica i Taiwan, " slutter han.

En NDP-sonde, placeret i en målcelle, skal være i stand til at detektere og videresende information om de processer, der finder sted i denne celle. "Dinamo-projektet er afsluttet, men partnerne samarbejder stadig, Nesladek fortæller. "Universitetet i Stuttgart i Tyskland er ved at udvikle en NDP-sonde. "Dinamo har fokuseret på sammenhængen med brystkræft og tyktarmskræft, men der er ingen grund til, at teknikken ikke kunne anvendes på en lang række andre kræftformer, " siger han til CommNet. Han konkluderer, at et andet fremtidigt mål er at udforske muligheden for at bruge NDP-sonder til at påvise kræftstamceller.