Met celmembraan gecoate nanodeeltjes laten twee biomarkers voor kanker tegelijk oplichten om een ​​completer beeld van de tumor te geven

Kankerchirurgen kunnen binnenkort een vollediger beeld krijgen van tumoren tijdens operaties, dankzij nieuwe beeldvormende middelen die meerdere biomarkers tegelijk kunnen verlichten, rapporteren onderzoekers van de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign. De fluorescerende nanodeeltjes, gewikkeld in de membranen van rode bloedcellen, richten zich beter op tumoren dan de huidige klinisch goedgekeurde kleurstoffen en kunnen twee verschillende signalen uitzenden als reactie op slechts één straal chirurgisch licht, een functie die artsen zou kunnen helpen tumorgrenzen te onderscheiden en uitgezaaide kankers te identificeren .

De paper van het team, “Celmembraangecoate nanodeeltjes voor het afbakenen van tumoren en kwalitatieve schatting van biomarkers voor kanker bij excitatie van één golflengte in muriene en fantoommodellen”, is gepubliceerd in ACS Nano.

De beeldvormende middelen kunnen worden gecombineerd met bio-geïnspireerde camera’s, die de onderzoekers eerder ontwikkelden voor realtime diagnose tijdens operaties, zei onderzoeksgroepleider Viktor Gruev, een professor in elektrische en computertechniek in Illinois. In de nieuwe studie demonstreerden de onderzoekers hun nieuwe dual-signal nanodeeltjes in tumorfantomen – 3D-modellen die de kenmerken van tumoren en hun omgeving nabootsen – en in levende muizen.

“Als je alle kanker wilt vinden, is het niet genoeg om één biomarker in beeld te brengen. Het zou sommige tumoren kunnen missen. Als je een tweede of een derde biomarker introduceert, neemt de kans toe dat alle kankercellen worden verwijderd, en de kans op een beter resultaat voor het aantal patiënten neemt toe’, zegt Gruev, die ook professor is aan het Carle Illinois College of Medicine. “Meervoudige gerichte medicijnen en beeldvormende middelen zijn een recente trend, en onze groep stimuleert de trend hard omdat we de cameratechnologie hebben die meerdere signalen tegelijk in beeld kan brengen.”

Traditioneel verwijdert een chirurg een tumor en stuurt deze naar een patholoog voor beoordeling, een proces dat uren tot dagen kan duren, zei postdoctoraal onderzoeker Indrajit Srivastava uit Illinois, de eerste auteur van het artikel. Naarmate het onderzoek zich heeft ontwikkeld in de richting van real-time diagnostiek, hebben verschillende uitdagingen een brede toepassing verhinderd: veel op tumoren gerichte beeldvormende middelen bereiken slechts minimaal hun tumordoelen, maar worden snel uit de bloedbaan verwijderd en hopen zich op in de lever, zei Srivastava.

“Een paar mensen vóór ons hebben nanodeeltjes gebruikt die zijn gecoat met rode bloedcellen en ontdekten dat ze langer circuleren – een paar dagen. We zagen hetzelfde bij onze muizen: de nanodeeltjes met membraancoating circuleerden langer in het bloed, met verminderde opname in de lever. Omdat ze langer circuleerden, hoopten meer van de beeldvormingsmiddelen zich op in de tumoren, waardoor we een sterker fluorescerend signaal kregen,” zei Srivastava.

De twee biomarkers waarop de nieuwe beeldvormende middelen zich richten, zijn onder meer een die veel voorkomt bij vroege kanker en een die veel voorkomt bij kanker in een laat stadium, die waarschijnlijker uitgezaaid is. De onderzoekers ontdekten dat de sondes effectief waren in het onderscheiden van kankerweefsel van gezond weefsel, evenals in het onderscheiden van de twee signalen van elkaar.

“Dit is aantrekkelijk voor chirurgische toepassing, omdat het zou kunnen helpen bepalen waar de snee precies moet worden gemaakt. Meerdere signalen geven een meer algemeen beeld van de tumor. En het zou een chirurg kunnen vertellen: ‘Dit kan metastatisch zijn, misschien wilt u agressiever in uw verwijdering.'” Zei Srivastava.

Slechts één golflengte laserlicht nodig hebben om meerdere signalen op te wekken, is een ander voordeel voor chirurgische toepassingen, omdat het de instrumenten veel compacter maakt dan die waarvoor meerdere lasers nodig zijn voor elke benodigde golflengte, zei Gruev.

De onderzoekers zijn van plan om meer middelen voor het afbeelden van tumoren te ontwikkelen die zich op meerdere markers richten, en om verder te gaan met verdere preklinische en klinische studies met behulp van hun dual-sign-kleurstoffen met chirurgische brillen die ze hebben ontwikkeld.

“In deze strijd om ervoor te zorgen dat we alle kankercellen tijdens de operatie verwijderen, hebben we investeringen nodig, zowel in de beeldvormende cameratechnologie als in de middelen die gericht zijn op de tumor,” zei Gruev. “Dit werk helpt ons om de holistische benadering die we volgen beter te realiseren en te begeleiden naarmate we steeds dichter bij klinische onderzoeken komen.”