Nye nanopartikler hjælper med at opdage dybt vævskræft

Forskere har udviklet en ny form for nanopartikel og tilhørende billeddannelsesteknik, der kan detektere flere sygdomsbiomarkører, herunder dem til brystkræft, findes i dybt væv i kroppen.

Rapporteret i det videnskabelige tidsskrift Natur nanoteknologi , forskningen åbner en ny vej inden for minimalt invasiv sygdomsdiagnostik og vil potentielt have udbredt anvendelse både til biomedicinsk forskning og til kliniske anvendelser.

"Brugen af ​​nanopartikler til bio-imaging af sygdom er et spændende og hurtigt bevægende videnskabsområde, " siger forskningsforfatter Dr. Yiqing Lu ved ARC Center of Excellence for Nanoscale BioPhotonics (CNBP), Macquarie University.

"Specialdesignede nanopartikler kan placeres i biologiske prøver eller injiceres på specifikke steder i kroppen og derefter 'exciteres' af indført lys, såsom det fra en laser eller en optisk fiber, " han siger.

"Sygdomsbiomarkører målrettet af disse nanopartikler afslører derefter sig selv, ved at udsende deres egne specifikke bølgelængdesignaturer, som er i stand til at blive identificeret og afbildet."

En væsentlig begrænsning er imidlertid, at kun en enkelt sygdomsbiomarkør ad gangen er i stand til at skelnes og kvantificeres i kroppen ved hjælp af denne type detektionsteknik.

"Detektion af flere biomarkører (kendt som multipleksing) i kroppen har været en stor udfordring for forskere, "siger Dr. Lu.

"Vævsmiljøet er ekstremt komplekst - fuld af lysabsorberende og spredende elementer såsom blod, muskel og brusk. Og introducere flere nanopartikler til et websted, opererer ved flere bølgelængder for at detektere flere biomarkører, producerer for meget interferens. Det gør det ekstremt svært at afgøre præcist, om en række sygdomsbiomarkører er til stede."

Det, Dr. Lu og forskerholdet har gjort for at løse dette problem, har været at konstruere innovative nanopartikler, der udsender lys med samme frekvens (nær infrarødt lys), men som er i stand til at blive kodet til at udsende lys i bestemte tidsrum (i mikrosekund til millisekund tidsinterval).

"Det er varigheden af ​​lysemissionen og biomarkørreaktionen på denne tidsbestemte mængde lys (kendt som luminescenslevetid), der producerer en klart identificerbar molekylær signatur, " han siger.

"Biomarkører med flere sygdomme kan tydeligt identificeres og afbildes baseret på denne tilgang, da der ikke er nogen overlappende bølgelængder, der forstyrrer læsningen."

"Dette muliggør optisk biomedicinsk billeddannelse med høj kontrast, der kan detektere flere sygdomsbiomarkører på én gang." siger Dr. Lu.

I et spændende gennembrud inden for laboratorietest, de innovative nanopartikler har været i stand til at påvise flere former for brystkræfttumorer hos mus.

"Vi er meget spændte på, hvor dette arbejde fører os hen, " siger professor Fan Zhang ved Fudan University (Kina) og fælles hovedforfatter om forskningspublikationen.

"Vi var i stand til med succes at opdage og identificere vigtige biomarkører for en række forskellige undertyper af brystkræft."

"Denne teknik har potentialet til at give en lav-invasiv metode til at bestemme, om brystkræft er til stede, samt form for brystkræft, uden behov for at tage vævsprøver via biopsi."

"I sidste ende vil vores nye nanopartikler muliggøre kvantitativ vurdering for en lang række sygdoms- og kræftbiomarkører, alt på én gang. Teknikken vil kunne bruges til tidlig sygdomsscreening og potentielt anvendes i integreret terapi, " siger professor Fan Zhang.

Professor Jim Piper, CNBP -nodeleder ved Macquarie University og også en forfatter på papiret er på samme måde optimistisk med de opnåede resultater.

"Dette er et stort fremskridt i en langsigtet indsats på vores center på Macquarie University for at udvikle innovative teknikker til samtidig påvisning af flere sygdomsmarkører hos mennesker og dyr, " han siger.

"Næste skridt i vores forskningssamarbejde er at forfine nanopartiklerne yderligere, at undersøge spørgsmål relateret til en klinisk udrulning af teknologien og at udforske yderligere applikationer og sygdomsområder, hvor denne teknik bedst kan udnyttes."

Rapporteret i journalen Natur nanoteknologi , det internationale team af forskere, der er involveret i undersøgelsen, er baseret på ARC Center of Excellence for Nanoscale BioPhotonics (CNBP), Macquarie University og Fudan University, Kina.

Især arbejdet er en forlængelse af tidligere nanopartikelforskningsundersøgelser foretaget af Dr. Lu ved Macquarie University, som er blevet tildelt et patent i USA og Kina, og som allerede har fået licens med kommercielle partnere.