Tumorer oplyste klart og præcist med ny biologisk nedbrydelig nanoprobe

For at fremhæve tumorer i kroppen til kræftdiagnose, læger kan bruge bittesmå optiske prober (nanoprober), der lyser op, når de fæstner sig til tumorer. Disse nanosonder giver læger mulighed for at opdage placeringen, form og størrelse af kræftformer i kroppen.

De fleste nanoprober er fluorescerende; de absorberer lys af en bestemt farve, som blå og derefter udsende modlys af en anden farve, som grøn. Imidlertid, da væv i den menneskelige krop også kan udsende lys, Det kan være svært at skelne nanosondens lys fra baggrundslyset og kan føre til en forkert fortolkning.

Nu, forskere ved Imperial College London har udviklet nye nanosonder, navngivet bioharmonoforer og patenteret hos Imperial, som udsender lys med en ny type glødende teknologi kendt som anden harmonisk generation (SHG).

Efter at have testet nanoproberne i zebrafiskembryoner, forskerne fandt ud af, at bioharmonoforer, som blev modificeret til at målrette mod kræftceller, fremhævede tumorer mere klart og i længere perioder end fluorescerende nanoprober. Deres lys kan let ses og skelnes af det væv, der generelt udsender lys, og de binder sig også præcist til tumorceller og ingen sunde celler, gør dem mere præcise til at detektere tumorkanter.

Ledende forsker Dr. Periklis Pantazis fra Imperial's Department of Bioengineering sagde:"Bioharmonoforer kunne være en mere effektiv måde at opdage tumorer på, end der er tilgængelig i øjeblikket. De kombinerer unikt funktioner, der kunne være gode til kræftdiagnose og terapi i klinisk praksis og i sidste ende kunne forbedre patienten resultater efter yderligere forskning."

Resultaterne er offentliggjort i ACS Nano .

Bioharmonoforer er både biokompatible og bionedbrydelige, da de er lavet af peptider - de samme ingredienser af proteiner, der findes i kroppen. De metaboliseres naturligt i kroppen inden for 48 timer og er derfor usandsynligt, at de udgør en langsigtet sundhedsrisiko.

For at undersøge præcis tumordetektion, forskerne injicerede først zebrafiskembryoner med ondartede kræftceller, hvilket tillod tumorceller at proliferere ukontrolleret. Fireogtyve timer senere injicerede de bioharmonoforer, som blev modificeret til at målrette p32-peptidmolekyler, der specifikt findes i tumorceller. De brugte derefter billeddannelsesteknikker på Imperial's Facility for Imaging ved lysmikroskopi for at studere, hvor godt de modificerede bioharmonoforer opdagede tumorerne.

De fandt ud af, at bioharmonoforer havde enestående detektionsfølsomhed, hvilket betyder, at de er knyttet til specifikke tumorceller, men ikke til raske. Fluorescens-aktiverede nanoprober har en tendens til at fastgøre mindre specifikt, hvilket betyder, at de kan misrepræsentere raske celler som tumorceller, eller omvendt.

De fandt også ud af, at i modsætning til fluorescens, bioharmonoforer 'blegede' ikke, hvilket betyder, at de ikke mistede deres evne til at udsende lys over tid. Ud over, lyset udsendt af bioharmonoforer blev ikke mættet, som det sker med fluorescerende nanoprober, hvilket betyder, at de blev lysere, når de blev belyst med mere lys. På denne måde blev tumorer endnu tydeligere.

Dr. Pantazis sagde:"Det er meget vigtigt, at tumor-nanoprober fremhæver celler specifikt og tydeligt til kræftdiagnose. Vores proof-of-concept-undersøgelse tyder på, at de meget lysstærke bioharmonoforer kan være kraftfulde værktøjer til at diagnosticere kræft og målrette behandlinger i de kommende år. "

Fremstillingen af ​​bioharmonoforer er billig, reproducerbar, skalerbar og tager omkring to dage ved stuetemperatur. De skal nu testes i pattedyr for at identificere, hvor godt resultaterne oversættes ud over zebrafisk.

Forskerne undersøger også, hvordan bioharmonoforer kan bruges til at vejlede kirurgiske indgreb under kræftkirurgi, samt hvordan de kunne generere lys ved forskellige frekvenser for potentielt at hjælpe med at dræbe tumorceller med høj præcision.

"Bionedbrydelige Harmonoforer til målrettet højopløsnings-in vivo-tumorbilleddannelse" af Ali Yasin Sonay, Konstantinos Kalyviotis, Sine Yaganoglu, Aysen Unsal, Martina Konantz, Claire Teulon, Ingo Lieberwirth, Sandro Sieber, Shuai Jiang, Shahed Behzadi, Daniel Crespy, Katharina Landfester, Sylvie Roke, Claudia Lengerke, og Periklis Pantazis, offentliggjort 25. februar 2021 i ACS Nano .