De grootte van een nanodeeltje is nauwkeurig afgesteld om beelden met een hoge resolutie voor en tijdens chirurgische ingrepen te bieden

Wetenschappers hebben een manier gevonden om de grootte van speciale nanodeeltjes te beheersen om hun gebruik voor zowel magnetische resonantie als nabij-infraroodbeeldvorming te optimaliseren. Hun aanpak zou chirurgen kunnen helpen om dezelfde nanodeeltjes te gebruiken om tumoren vlak voor en daarna tijdens de operatie te visualiseren met behulp van de twee verschillende beeldvormingstechnieken. Hun bevindingen werden in het tijdschrift gepubliceerd Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen​

“Magnetische resonantiebeeldvorming wordt routinematig gebruikt bij preoperatieve diagnostiek, terwijl chirurgen begonnen zijn met het gebruik van nabij-infrarood fluorescentiebeeldvorming tijdens chirurgische ingrepen”, zegt nanobiotechnoloog Kyohei Okubo van de Tokyo University of Science. “Onze sondes met nanodeeltjes kunnen een bimodaliteit bieden die klinisch aantrekkelijk zal zijn voor onderzoekers van medische hulpmiddelen en artsen.”

Keramische nanodeeltjes gemaakt met de zeldzame aardmetalen ytterbium (Yb) en erbium (Er) hebben een lage toxiciteit en langdurige nabij-infrarode luminescentie aangetoond, wat veelbelovend is als contrastmiddel in MRI-scans en als fluorescerend middel voor nabij-infrarood fluorescentiebeeldvorming. Afbeeldingen van bloedvaten en organen in levende lichamen kunnen worden verkregen met de twee beeldvormingstechnieken door de nanodeeltjesoppervlakken verder te modificeren met polymeren op basis van polyethyleenglycol (PEG). Maar om de beeldresolutie te verbeteren, moeten wetenschappers tijdens het fabricageproces meer controle hebben over de grootte van nanodeeltjes.

Okubo en zijn collega’s gebruikten een stapsgewijs fabricageproces dat begint met het mengen van zeldzame aardmetalen in water en trifluorazijnzuur. Het mengsel wordt verwarmd om een ​​vaste stof te vormen. Vervolgens wordt het opgelost in oplossing, wordt oliezuur toegevoegd en wordt gas verwijderd. Bij afkoeling ontstaan ​​zogenaamde met zeldzame aarde gedoteerde keramische nanodeeltjes.

Nog een paar stappen leiden tot de coating van de nanodeeltjesoppervlakken met PEG. De wetenschappers ontdekten dat ze de groeisnelheid van de nanodeeltjes konden vertragen door hun concentratie vóór het coatingproces te verhogen. Hierdoor konden ze nanodeeltjes met een diameter van 15 en 45 nanometer vormen.

Het team heeft een reeks tests uitgevoerd om de eigenschappen van hun nanodeeltjes te onderzoeken. Ze ontdekten dat ze konden worden gebruikt voor het verkrijgen van hoogwaardige afbeeldingen van bloedvaten in levende muizen met behulp van MRI en nabij-infrarood fluorescentie-beeldvormingstechnieken. Verdere tests toonden aan dat de nanodeeltjes minimale toxiciteit vertoonden op fibroblastcellen van muizen bij gebruik in lage concentraties. Ze hebben ook een korte halfwaardetijd, wat betekent dat ze relatief snel uit het lichaam worden verwijderd, waardoor ze veilig zijn voor klinisch gebruik.

Het team wil vervolgens onderzoeken hoe verschillende distributies van paramagnetische ionen op de nanodeeltjes hun magnetische eigenschappen beïnvloeden. Ze willen ook onderzoeken of aanpassingen aan de nanodeeltjes ze toepasbaar kunnen maken voor gebruik in op licht gebaseerde ‘fotodynamische’ therapieën voor de behandeling van bijvoorbeeld huidkanker en acne.