Infrarødt glødende nanopartikel giver forskere udsigt over en levende musens hjerne

Stanford-kemikere har udviklet en ny billeddannelsesteknik med dybt væv, der kan se under huden på levende emner for at belyse begravede tumorer med enestående klarhed.

I en ny undersøgelse, der blev offentliggjort i tidsskriftet 30. september Naturbioteknologi , forskerne demonstrerer, hvordan deres teknik kan bruges til at forudsige kræftpatienters reaktion på immunterapi og for at spore deres fremskridt efter behandlingen.

"Vi kalder denne infrarøde vision for ikke-invasivt at kigge ind i biologiske væv, "sagde studieleder Hongjie Dai, den J.G. Jackson og C.J. Wood Professor i kemi på Stanford's School of Humanities and Sciences.

Teknikken bygger på nanopartikler, der indeholder elementet erbium, som tilhører en klasse af såkaldte sjældne-jordmineraler, der er værdsat af kemikere for deres unikke evne til at gløde i infrarødt.

Teamet dækkede nanopartiklerne i en kemisk konstrueret belægning, der hjælper partiklerne med at opløses i blodbanen og også gør dem mindre giftige og forlader kroppen hurtigere. Ud over, belægningen giver forankringspunkter for molekyler, der fungerer som guidede missiler for at lokalisere og vedhæfte specifikke proteiner på celler.

Rydning af tågen

Under et svagt LED-lys, erbiumpartiklerne basker målrettede væv eller endda individuelle celler i en lys infrarød glød, der kan ses dybere og med finere opløsning end konventionelle billeddannelsesteknikker, siger forskerne. "Det er som at se, mens man kører på en motorvej før og efter tågen fordamper på en vinterdag, "sagde studieforfatteren Yeteng Zhong, en postdoktor i Dais laboratorium. "Den kombinerede billeddybde, molekylær specificitet og multiplicitet, og rumlig og tidsmæssig opløsning er uopnåelig ved tidligere teknikker. "

I en video, der fremhæver kraften i deres nanoprober, de forgrenede blodkar i en hjerne inde i en levende mus limes i et teallys og skifter, når væsenet bevæger hovedet. "Vores tilgang gør det muligt at se ind i en intakt mushjerne, mens konventionelle metoder kun ser hovedbunden, "sagde studieforfatter Zhuoran Ma, en kandidatstuderende i Dais laboratorium.

I undersøgelsen, forskerne viser, at deres teknik kan identificere tumorer hos mus, der bærer et protein, der gør dem sårbare over for kræftlægemidler, der aktiverer kroppens eget immunsystem. Denne tilgang kunne give en ikke -invasiv måde at identificere patienter, der ville reagere godt på disse lægemidler uden at skulle tage en prøve, eller biopsi, af tumoren, som de har brug for i øjeblikket.

Tilsvarende erbium -nanopartikler kan overvåge patienters reaktioner efter kræftbehandling for at spore, om de reagerer på stofferne, og om deres tumorer er skrumpet.

Som en demonstration, Dai og hans kolleger kombinerede deres erbium-nanopartikler med en anden infrarød billeddannelsesteknik for samtidig at afbilde to molekylære mål-kræftceller og T-celler-samtidigt. Resultatet er et lagdelt, flerfarvet øjebliksbillede, der viser T-celler, der kommer ind på en tumor fra andre steder i musens krop.

Forskerne sagde, at deres teknik også kunne sætte kirurger i stand til mere præcist at afskære tumorer og hjælpe biologer og medicinske forskere med at studere grundlæggende processer i celler.