Magnetiske nanopartikler kan afsløre tidlige spor af kræft

Nanoskala magneter tilbyder en ny måde at finde svage, tidlige spor af kræft hos patienter, ifølge Rice University -studerende, der arbejder på en metode til at udnytte magneternes egenskaber. Tre computere og anvendte matematikstuderende ris forfiner et program til analyse af magnetiske relaxometry-signaler fra jernoxid-nanopartikler, der finder og fastgør sig til kræftceller.

Ris seniorer Brian Ho, Rachel Hoffman og Eric Sung har udviklet en ny måde at analysere data for kræftforskere, der håber at bruge magnetiske nanopartikler til at lokalisere tegn på kræft, som røntgenstråler aldrig ville få øje på.

Alle magneter (eller materialer, der er tilbøjelige til magnetisme) har magnetiske "øjeblikke, "som usynlige nåle, der kan bevæge sig og reagere på magnetfelter, selvom deres fysiske værter ikke kan.

Disse spøgelsesagtige nåle flugter, når de udsættes for et eksternt magnetfelt; når feltet fjernes, de "slapper af" igen. Relaxometri måler denne sidstnævnte egenskab. Det viser sig, at øjeblikke slapper af i en meget anden hastighed, når de tilhører nanopartikler, der er bundet til kræftceller.

Eleverne arbejder med risrådgiver Béatrice Rivière, Noah G. Harding -stolen og en professor i beregningsmæssig og anvendt matematik, og læger ved University of Texas MD Anderson Cancer Center i Houston for at udvikle computerprogrammer, der analyserer "spor" af disse øjeblikke, mens de slapper af. Albuquerque, N.M., -baseret Senior Scientific, i samarbejde med MD Anderson, udvikler en kommerciel relaxometry -platform til tidlig påvisning af kræft.

25-nanometer superparamagnetiske jernoxid-nanopartikler er forstærket med antistofproteiner, der er målrettet mod biomarkørproteiner produceret af kræftceller, Sung sagde. "Når de binder sig til cellerne, deres bevægelsesområde er stærkt begrænset, og denne begrænsede bevægelse er temmelig vigtig, "sagde han." Når du anvender et eksternt magnetfelt, partiklernes dipoler vil justeres for at modvirke feltet. Når dipolerne står over for hinanden, så har du et magnetfelt på i det væsentlige nul. Men den interessante del for os er, hvad der kommer efter. "

Eleverne og MD Anderson -teamet arbejder på at kvantificere denne afslapningsfase, fordi den markerer placeringen af ​​kræftceller i laboratorieprøver og i mus.

Ubundet nanopartikler vil tilfældigt omorientere sig selv på mindre end et millisekund, men fordi antistofassocierede nanopartikelkomplekser, der er bundet til kræftceller, er begrænsede i deres bevægelse, deres magnetiske afslapning er meget langsommere - op til et sekund, Sung sagde. "Vi finder ud af, hvad det betyder." han sagde.

Holdet bemærkede dagens bedste kræftdetekteringsmetoder, der kun fanger tumorer med mere end 10 millioner kræftceller. Den nye tilgang har potentiale til at opdage tumorer med så få som 20, 000 celler. Eleverne forventer, at metoder, der er afhængige af relaxometri, også vil være sikrere end nuværende metoder, der udsætter patienter for ioniserende stråling.

Elevernes software løser to problemer, der kan ødelægge relaxometry -data. Den ene er, at fysisk bevægelse - ligesom en patients vejrtrækning - kan fortrænge målsignalet og skæve resultaterne. Den anden er, hvad eleverne kalder "flux jumps, "en optagelsesartefakt, der forårsager et engrosskift i dataene." Flux -springet har at gøre med den måde, det måles på, "Sung sagde." Men vi har fundet ud af en algoritme til at tage sig af begge disse ting. Og det ser godt ud. "

Hoffman sagde, at Rice -teamet bragte et nyt perspektiv på problemet erkendt af MD Andersons David Fuentes, en adjunkt ved Institut for Imaging Physics, og hans kolleger. "De så meget teoretisk på det, hvorimod vi ser mere pragmatisk på det, "sagde hun." Vi undersøgte, hvad vi kan gøre med disse særlige data, i modsætning til at forsøge at udvikle en algoritme, der kan anvendes på ethvert datasæt. "

"Ja, seniordesignteamets bidrag til bevægelseskorrektion og flux-jump-detektion vil have en varig indvirkning og vil blive indarbejdet i fremtidige analyserørledninger, "Sagde Fuentes.

Ho sagde, at Rice -teamets næste trin er at skabe en måde at generere syntetiske dataspor til at teste programmet. "Når vi er i stand til at indsætte nogle flux -spring og vejrtræknings -pigge, vi kan kvantificere, hvor god vores algoritme er, " han sagde.