En nanopartikelstørrelse er finjusteret til at tilbyde billeder i høj opløsning før og under kirurgiske procedurer

Forskere har fundet en måde at kontrollere størrelsen af ​​specielle nanopartikler for at optimere deres brug til både magnetisk resonans og nær-infrarød billeddannelse. Deres tilgang kunne hjælpe kirurger med at bruge de samme nanopartikler til at visualisere tumorer lige før og derefter under operationen ved hjælp af de to forskellige billeddannelsesteknikker. Deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Videnskab og teknologi af avancerede materialer .

"Magnetisk resonansbilleddannelse bruges rutinemæssigt i præoperativ diagnose, mens kirurger er begyndt at bruge nær-infrarød fluorescensbilleddannelse under kirurgiske procedurer, " siger nanobioteknolog Kyohei Okubo fra Tokyo University of Science. "Vores nanopartikelprober kan give en bimodalitet, der vil være klinisk tiltalende for forskere og læger inden for medicinsk udstyr."

Keramiske nanopartikler fremstillet med de sjældne jordarters metaller ytterbium (Yb) og erbium (Er) har vist lav toksicitet og forlænget nær-infrarød luminescens, viser lovende som et kontrastmiddel i MR-scanninger og et fluorescerende middel til nær-infrarød fluorescensbilleddannelse. Billeder af blodkar og organer i levende kroppe kan opnås med de to billeddannelsesteknikker ved yderligere at modificere nanopartikeloverfladerne med polyethylenglycol (PEG)-baserede polymerer. Men for at forbedre billedopløsningen, videnskabsmænd skal have mere kontrol over nanopartikelstørrelsen under fremstillingsprocessen.

Okubo og hans kolleger brugte en trin-for-trin fremstillingsproces, der starter med at blande sjældne jordarters oxider i vand og trifluoreddikesyre. Blandingen opvarmes til dannelse af et fast stof. Derefter opløses det i opløsning, oliesyre tilsættes og gas fjernes. Såkaldte sjældne jordarters dopede keramiske nanopartikler dannes, når denne opløsning afkøles.

Et par flere trin fører til belægningen af ​​nanopartikeloverfladerne med PEG. Forskerne fandt ud af, at de kunne bremse væksthastigheden af ​​nanopartiklerne ved at øge deres koncentration før belægningsprocessen. Dette gjorde det muligt for dem at danne nanopartikler på 15 og 45 nanometer i diameter.

Holdet gennemførte en række tests for at undersøge egenskaberne af deres nanopartikler. De fandt ud af, at de kunne bruges til at opnå billeder af høj kvalitet af blodkar i levende mus ved hjælp af MRI og nær-infrarøde fluorescensbilleddannelsesteknikker. Yderligere test viste, at nanopartiklerne udviste minimal toksicitet på musefibroblastceller, når de blev brugt i lave koncentrationer. De har også en kort halveringstid, hvilket betyder, at de ville blive fjernet relativt hurtigt fra kroppen, gør dem sikre til klinisk brug.

Holdet sigter dernæst på at undersøge, hvordan forskellige fordelinger af paramagnetiske ioner på nanopartiklerne påvirker deres magnetiske egenskaber. De har også til formål at undersøge, om ændringer foretaget af nanopartiklerne kan gøre dem anvendelige til brug i lysbaserede 'fotodynamiske' terapier til behandling af hudkræft og acne, for eksempel.