Eksponering af brystkræft ved hjælp af polymerer i nanoskala

Fotoakustisk billeddannelse er en banebrydende teknik til at spotte tumorer inde i levende celler ved hjælp af lysabsorberende forbindelser kendt som kontrastmidler. A*STAR-forskere har nu opdaget en måde at forbedre målretningseffektiviteten og den optiske aktivitet af brystkræft-specifikke kontrastmidler ved hjælp af konjugerede polymer-nanopartikler.

Generering af fotoakustiske signaler kræver en ultrahurtig laserpuls for at bestråle et lille vævsområde. Dette udløser en række molekylære vibrationer, der producerer ultralydslydbølger i prøven. Ved at 'lytte' til trykforskellene skabt af de akustiske bølger, forskere kan rekonstruere og visualisere de indre strukturer af komplekse objekter såsom hjernen og kardiovaskulære systemer.

Diagnosticering af kræft med fotoakustisk billeddannelse kræver kontrastmidler, der dybt trænger ind i væv og binder sig selektivt til maligne celler. Ud over, de har brug for en høj optisk respons på nær-infrarødt laserlys, et spektralområde, der er særligt sikkert for biologiske materialer. Traditionelle kontrastmidler er baseret på guld og sølv nanostrukturer, men de komplekse kemiske procedurer, der er nødvendige for at optisk tune disse nanoforbindelser, har efterladt forskere på udkig efter alternativer.

Malini Olivo og hendes kolleger fra A*STAR Singapore Bioimaging Consortium og A*STAR Institute of Materials Research and Engineering undersøgte forskellige kontrastmidler baseret på konjugerede polymerer. Disse organiske makromolekyler, som indeholder alternerende dobbelt- og enkeltkulstofbindinger, har delokaliseret elektroner i deres rammer, der kan producere nyttige optiske egenskaber såsom fotoluminescens. Forskerne identificerede en konjugeret polymer kendt som PFTTQ - en forbindelse med flere aromatiske ringe, alkyl kæder, svovl- og nitrogenatomer - som et lovende in vivo fotoakustisk middel på grund af dets biokompatible struktur og lysabsorption, der topper i det nær-infrarøde område.

For at dirigere dette kontrastmiddel til kræftceller, holdet syntetiserede 'dot'-lignende nanostrukturer med en indre kerne af PFTTQ omgivet af vandopløselige polyethylenglycolkæder, afsluttet af et ydre lag af folatmolekyler - et vitamin, der specifikt binder til folatreceptorproteiner, der almindeligvis udtrykkes af brystkræfttumorer. Eksperimenter med MCF-7 model brystkræftceller implanteret i mus afslørede fordelene ved denne tilgang:på kun en time efter administration af folat-konjugerede polymer prikker, stærke fotoakustiske signaler fremkom fra tumorpositionerne. Folatfunktionaliteten spillede en afgørende rolle i denne bioimaging procedure, firdobling af de fotoakustiske signaler sammenlignet med umodificerede PFTTQ-punkter.

"Folat-PFTTQ nanopartiklerne har et stort potentiale for diagnostisk billeddannelse og andre biomedicinske anvendelser, " siger Olivo. "Vi arbejder på at udvide biblioteket af biokompatible polymerer til brug som molekylære fotoakustiske kontrastmidler."