Nieuwe nanotechnologie geeft impuls aan opsporing van kanker en ziekte

Vroege screening kan het verschil betekenen tussen leven en dood bij de diagnose van kanker en ziekte. Daarom werken onderzoekers van de University of Central Florida aan de ontwikkeling van een nieuwe screeningstechniek die meer dan 300 keer zo effectief is in het detecteren van een biomarker voor ziekten als kanker dan de huidige methoden.

De techniek, die onlangs werd beschreven in het Tijdschrift van de American Chemical Society, gebruikt nanodeeltjes met nikkelrijke kernen en platina-rijke omhulsels om de gevoeligheid van een enzym-linked immunosorbent assay (ELISA) te verhogen.

ELISA is een test die monsters voor biochemicaliën meet, zoals antilichamen en eiwitten, die de aanwezigheid van kanker, HIV, zwangerschap en meer kunnen aangeven. Wanneer een biochemische stof wordt gedetecteerd, genereert de test een kleuruitvoer die kan worden gebruikt om de concentratie ervan te kwantificeren. Hoe sterker de kleur, hoe sterker de concentratie. De tests moeten gevoelig zijn om vals-negatieven te voorkomen die de behandeling of interventies zouden kunnen vertragen.

In de studie ontdekten de onderzoekers dat wanneer de nanodeeltjes werden gebruikt in plaats van het conventionele enzym dat wordt gebruikt in een ELISA – peroxidase -, de test 300 keer gevoeliger was voor het detecteren van carcino-embryonaal antigeen, een biomarker die soms wordt gebruikt om colorectale kankers te detecteren.

En hoewel een biomarker voor colorectale kanker werd gebruikt in de studie, zou de techniek kunnen worden gebruikt om biomarkers voor andere soorten kanker en ziekten te detecteren, zegt Xiaohu Xia, een assistent-professor bij UCF’s Department of Chemistry en co-auteur van de studie.

Volgens de Amerikaanse Centers for Disease Control and Prevention is colorectale kanker de derde belangrijkste oorzaak van aan kanker gerelateerde sterfgevallen in de VS, sommige soorten huidkanker niet meegerekend, en vroege opsporing helpt de behandelresultaten te verbeteren.

De toename in gevoeligheid komt van nikkel-platina nanodeeltjes “nabootsingen” die de reactie-efficiëntie van de test aanzienlijk verhogen, waardoor de kleuruitvoer en dus het detectievermogen toenemen, zegt Xia.

Peroxidasen die in de mierikswortelwortel worden aangetroffen, worden al decennia lang op grote schaal gebruikt om kleur te genereren in diagnostische tests. Ze hebben echter een beperkte reactie-efficiëntie en dus kleuruitvoer, wat de ontwikkeling van gevoelige diagnostische tests heeft geremd, zegt Xia.

Nanodeeltjes “nabootsingen” van peroxidase zijn uitgebreid ontwikkeld in de afgelopen 10 jaar, maar geen enkele heeft de reactie-efficiëntie bereikt van de nanodeeltjes ontwikkeld door Xia en zijn team.

“Dit werk vestigt het record voor de katalytische efficiëntie van peroxidase-nabootsing”, zegt Xia. “Het doorbreekt de beperking van de katalytische efficiëntie van peroxidase-nabootsers, wat een langdurige uitdaging is in het veld.”

“Zo’n doorbraak maakt zeer gevoelige detectie van kankerbiomarkers mogelijk met als uiteindelijk doel levens te redden door vroegere opsporing van kankers”, zegt hij.

Xia zegt dat de volgende stappen voor het onderzoek zijn om de technologie te blijven verfijnen en toe te passen op klinische monsters van menselijke patiënten om de prestaties ervan te bestuderen.

“We hopen dat de technologie in de nabije toekomst uiteindelijk kan worden gebruikt in klinische diagnostische laboratoria”, zegt Xia.