En nanopartikel, seks former for medicinsk billeddannelse

Det er så avanceret teknologi, at maskinen, der er i stand til at bruge den, endnu ikke findes.

Brug af to biokompatible dele, University at Buffalo forskere og deres kolleger har designet en nanopartikel, der kan påvises ved seks medicinske billeddannelsesteknikker:

• computertomografi (CT) scanning;
• positronemissionstomografi (PET) scanning;
• fotoakustisk billeddannelse;
• fluorescensbilleddannelse;
• billedkonvertering; og
• Cerenkov luminescens billeddannelse.

I fremtiden, patienter kunne få en enkelt injektion af nanopartiklerne for at få alle seks typer billeddannelse udført.

Denne form for "hypermodal" billeddannelse - hvis den blev til noget - ville give læger et meget klarere billede af patienters organer og væv, end en enkelt metode alene kunne give. Det kan hjælpe læger med at diagnosticere sygdom og identificere grænserne for tumorer.

"Denne nanopartikel åbner muligvis døren for nye 'hypermodale' billeddannelsessystemer, der gør det muligt at få en masse ny information ved hjælp af kun et kontrastmiddel, "siger forsker Jonathan Lovell, Ph.d., UB -adjunkt i biomedicinsk teknik. "Når sådanne systemer er udviklet, en patient kunne teoretisk gå ind til en scanning med en maskine i stedet for flere scanninger med flere maskiner. "

Når Lovell og kolleger brugte nanopartiklerne til at undersøge lymfeknuder hos mus, de fandt ud af, at CT- og PET -scanninger gav den dybeste vævsindtrængning, mens den fotoakustiske billeddannelse viste detaljer om blodkar, som de to første teknikker savnede.

Forskelle som disse betyder, at læger kan få et meget klarere billede af, hvad der sker inde i kroppen ved at fusionere resultaterne af flere modaliteter.

En maskine, der er i stand til at udføre alle seks billedteknikker på én gang, er endnu ikke opfundet, til Lovells viden, men han og hans medforfattere håber, at opdagelser som deres vil anspore udviklingen af ​​sådan teknologi.

Forskningen, Hexamodal Imaging med Porphyrin-Phospholipid-Coated Upconversion Nanopartikler, blev offentliggjort 14. januar i tidsskriftet Avancerede materialer .

Det blev ledet af Lovell; Paras Prasad, Ph.d., administrerende direktør for UB's Institute for Lasers, Fotonik og biofotonik (ILPB); og Guanying Chen, Ph.d., en forsker ved ILPB og Harbin Institute of Technology i Kina. Teamet omfattede også yderligere samarbejdspartnere fra disse institutioner, samt University of Wisconsin og POSTECH i Sydkorea.

Forskerne designede nanopartiklerne ud fra to komponenter:En "opkonvertering" -kerne, der lyser blå, når den rammes af nær-infrarødt lys, og et yderstof af porphyrin-phospholipider (PoP), der vikles rundt om kernen.

Hver del har unikke egenskaber, der gør den ideel til visse former for billeddannelse.

Kernen, oprindeligt designet til upconversion -billeddannelse, er lavet af natrium, ytterbium, fluor, yttrium og thulium. Ytterbium er tæt i elektroner - en egenskab, der letter detektering ved hjælp af CT -scanninger.

PoP -indpakningen har biofotoniske kvaliteter, der gør den til et godt match til fluorescens og fotoakustisk forestilling. PoP -laget er også dygtig til at tiltrække kobber, som bruges til PET og Cerenkov luminescensbilleddannelse.

"At kombinere disse to biokompatible komponenter til en enkelt nanopartikel kunne give morgendagens læger en stærk, nyt værktøj til medicinsk billeddannelse, "siger Prasad, også en SUNY Distinguished Professor i kemi, fysik, medicin og elektroteknik på UB. "Der skulle foretages flere undersøgelser for at afgøre, om nanopartiklen er sikker at bruge til sådanne formål, men det indeholder ikke giftige metaller, såsom cadmium, der vides at udgøre potentielle risici og findes i nogle andre nanopartikler. "

"En anden fordel ved dette core/shell -billeddannelseskontrastmiddel er, at det kunne muliggøre biomedicinsk billeddannelse i flere skalaer, fra enkeltmolekyle til cellebilleddannelse, såvel som fra vaskulær og organisk billeddannelse til hele kroppen bioimaging, "Tilføjer Chen." Disse brede, potentielle muligheder skyldes en flerhed af optiske, fotoakustiske og radionuklide billeddannelsesevner, som agenten besidder. "

Lovell siger, at det næste trin i forskningen er at undersøge yderligere anvendelser til teknologien.

For eksempel, det kan være muligt at vedhæfte et målmolekyle til PoP -overfladen, der gør det muligt for kræftceller at optage partiklerne, noget, som fotoakustisk og fluorescensbilleddannelse kan registrere på grund af egenskaberne ved den smarte PoP -belægning. Dette ville gøre det muligt for læger bedre at se, hvor tumorer begynder og slutter, Lovell siger.