Nieuw ontwerp van nanodeeltjes maakt de weg vrij voor verbeterde detectie van tumoren

Nanodeeltjes zijn op een nieuwe manier ontwikkeld om de detectie van tumoren in het lichaam en in biopsieweefsel te verbeteren, meldt een onderzoeksteam in Zweden. De vooruitgang zou het mogelijk kunnen maken om tumoren in een vroeg stadium te identificeren met lagere stralingsdoses.

Om het visuele contrast van levende weefsels te verbeteren, is state-of-the-art beeldvorming afhankelijk van middelen zoals fluorescerende kleurstoffen en biomoleculen. Vooruitgang in het onderzoek naar nanodeeltjes heeft de reeks veelbelovende contrastmiddelen voor meer gerichte diagnostiek uitgebreid, en nu heeft een onderzoeksteam van KTH Royal Institute of Technology de lat nog hoger gelegd. Ze combineren optische en röntgenfluorescentiecontrastmiddelen in een enkele versterker voor beide modi.

Muhammet Toprak, hoogleraar materiaalchemie bij KTH, zegt dat de synthese van contrastmiddelen een nieuwe dimensie introduceert op het gebied van röntgenbio-imaging. Het onderzoek werd gerapporteerd in het tijdschrift American Chemical Society, ACS Nano.

“Dit unieke ontwerp van nanodeeltjes maakt de weg vrij voor in vivo tumordiagnostiek, met behulp van röntgenfluorescentie-computertomografie (XFCT)”, zegt Toprak.

Hij zegt dat de nieuwe “core-shell nanodeeltjes” een rol kunnen spelen bij de ontwikkeling van theranostica, een samentrekking van therapie en diagnostiek, waarbij bijvoorbeeld enkele met medicijnen beladen deeltjes kwaadaardige weefsels zowel kunnen detecteren als behandelen.

Het kern-schil-contrastmiddel dankt zijn naam aan zijn architectuur: het bestaat uit een kerncombinatie van nanodeeltjes met eerder vastgesteld potentieel in röntgenfluorescentiebeeldvorming, zoals ruthenium en molybdeen (IV) oxide. Deze kern is ingekapseld in een omhulsel dat bestaat uit silica en Cy5.5, een bijna-infrarode fluorescentie-emitterende kleurstof voor optische beeldvormingstechnieken zoals optische microscopie en spectroscopie.

Toprak zegt dat het inkapselen van de Cy5.5-kleurstof in de silica-omhulling de helderheid van het middel verbetert en de fotostabiliteit vergroot, waardoor de dubbele optische / röntgenbeeldvormingsbenadering mogelijk wordt. Bovendien biedt silica het voordeel dat het de toxische effecten van de kernnanodeeltjes tempert.

Tests met laboratoriummuizen hebben aangetoond dat de XFCT-contrastmiddelen het mogelijk maken tumoren in een vroeg stadium van slechts enkele millimeters groot te lokaliseren.

Toprak zegt dat de technologie de mogelijkheid opent om tumoren in een vroeg stadium in levend weefsel te identificeren. Dat komt omdat de aanwezigheid van meerdere contrastmiddelen de kans vergroot dat zieke gebieden op scans verschijnen, zelfs als de verdeling van de nanodeeltjes wordt vertroebeld door hun interactie met eiwitten of andere biologische moleculen.

“Nanodeeltjes van verschillende grootte, afkomstig van hetzelfde materiaal, lijken niet in dezelfde concentraties in het bloed te worden verdeeld”, zegt Toprak. “Dat komt omdat wanneer ze in contact komen met je lichaam, ze snel worden verpakt in verschillende biologische moleculen, waardoor ze een nieuwe identiteit krijgen.”

Een veelvoud aan contrastmiddelen voor XFCT zou het mogelijk maken om de biodistributie van nanodeeltjes te bestuderen in vivo met behulp van lage dosis röntgenstralen, zegt hij. Dat zou het mogelijk maken om de beste grootte en oppervlaktechemie van de nanodeeltjes te identificeren voor de gewenste targeting en beeldvorming van het zieke gebied.