Forskermetoden lover hjernestudier, bedre test for vira

University of Texas at Dallas forskere har udviklet en lovende metode til fjernstimulerende aktivitet i dybe hjerneområder, fremme forståelsen af, hvordan molekyler virker i hjernen og baner vejen for bedre kræftbehandlinger og terapier for andre sygdomme.

Fremgangsmåden er baseret på den kraftfulde kombination af guld nanopartikler og lasere, som også spiller en afgørende rolle i et andet UT Dallas forskningsprojekt, der sigter mod at udvikle en hurtig diagnostisk test for influenza og, eventuelt, COVID-19-virussen.

Guld til neuromodulation

Lys er et vigtigt værktøj til at modulere biologiske systemer, men absorption og spredning i biologiske væv begrænser dets penetration betydeligt. Systemet udviklet af forskere fra Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science og School of Behavioural and Brain Sciences pakker molekyler inde i mikroskopiske guldbelagte kapsler, eller nanovesikler, som kan være meget følsomme over for nær-infrarødt lys.

Systemet kunne løse udfordringer med at behandle sygdomme, såsom at sikre, at medicin leveres til svært tilgængelige tumorer i dybe hjerneområder, samtidig med at skader på sundt væv reduceres. Ved at bruge det eksempel, nanovesiklerne og deres last sprøjtes ind i hjernevævet. Eksterne nær-infrarøde lasere, der trænger ind i vævet, får kapslerne til at åbne og frigive stoffet. Forskerne beskriver tilgangen og resultaterne af forsøg i en dyremodel i en artikel offentliggjort online i kemitidsskriftet Angewandte Chemie .

"Vores system konverterer lys til en mekanisk bølge, der ryster vesiklen åben, " sagde Dr. Zhenpeng Qin, adjunkt i maskinteknik ved UT Dallas og tilsvarende forfatter til undersøgelsen.

Andre forskere har brugt nær-infrarødt lys til at udløse lægemiddelbærende nanopartikler, såsom fosfolipidliposomer, som frigiver deres last, når de opvarmes af laseren, men Qins tilgang med guldbelagte nanovesikler bruger omkring 40 gange mindre laserenergi.

I forsøg i dyremodeller, Qin og hans kolleger fandt ud af, at det nær-infrarøde lys trængte 4 millimeter ind i hjernen, hvilket var nok til at nå de fleste målrettede hjerneregioner. Qin sagde, at han forventer, at laseren trænger langt nok til at nå mål dybt i gnaverhjernen, som vil hjælpe med at besvare vigtige spørgsmål inden for neuromodulation.

Mens nanovesikelsystemet skal gennemgå mere udvikling og test, før det kan bruges i klinisk pleje, Qin sagde, at metoden i sidste ende kunne anvendes på neurologiske lidelser eller andre kræftformer. Dr. Hejian Xiong, forskningsmedarbejder i Qins laboratorium og medforfatter til tidsskriftsartiklen, modtog et nyt postdoc-stipendium fra Phospholipid Research Center i Tyskland for at studere brugen af ​​guldbelagte nanovesikler og ultrakorte nær-infrarøde lasere til at målrette og lindre smerter hos patienter efter operationen. Projektet har til formål at levere et justerbart smertebehandlingssystem, der kan reducere behovet for opioider.

Test af infektionssygdomme

I et separat forskningsprojekt, Qin modtog for nylig en $293, 000 bevilling fra de kongresstyrede medicinske forskningsprogrammer for at udvikle en hurtig, præcis og billigere test for infektionssygdomme, herunder influenza, som kunne foregå på lægekontorer. Testprincippet kan også anvendes til at diagnosticere COVID-19.

Mens mange læger udfører hurtige influenzatest på stedet, testene kan savne influenza i 30% til 50% af tilfældene, ifølge Centers for Disease Control and Prevention. Prøver skal sendes til et laboratorium for en nøjagtig diagnose, hvilket kan tage dage.

"Vi ønsker at forbedre testenes følsomhed, så lægerne kan foretage dommen lige foran patienten, at være i stand til at sige enten har du det, eller også har du det ikke, " sagde Qin.

I testmetoden, guld nanopartikler er knyttet til antistofmolekyler, der kan genkende og binde med proteinmolekyler, der findes på overflader af vira. Forskere anvender korte laserimpulser for at aktivere nanopartiklerne for at generere bobler i nanoskala, eller nanobobler. Ophobningen af ​​nanoboblerne signalerer tilstedeværelsen af ​​en virus.

"Ved at bruge optik til at opdage og tælle nanobubblerne, vi kan følsomt og hurtigt opdage tilstedeværelsen af ​​specifikke respiratoriske vira, " sagde Qin.

En af fordelene ved fremgangsmåden er, at den ikke vil kræve omfattende prøveforberedelse, sagde Qin. Metoden kan hjælpe læger med at diagnosticere vira meget hurtigere og reducere sundhedsomkostningerne ved at eliminere behovet for dyre laboratoriebesøg. Fremgangsmåden kunne bruges til at detektere en enkelt virus eller flere vira.

Ultimativt, forskere forestiller sig, at testen i vid udstrækning bruges på hospitaler og klinikker, der ikke har laboratorier; imidlertid, den diagnostiske metode skal testes yderligere, før den kan gøres bredt tilgængelig.

Qins gruppe arbejder ikke med den levende coronavirus, kun med virale gener, proteiner og antistoffer. Qin har tidligere fået sådanne patientprøver til sin forskning i respiratorisk syncytialvirus og influenza.