Tumoren worden helder en precies verlicht met een nieuwe biologisch afbreekbare nanosonde

Om tumoren in het lichaam te markeren voor de diagnose van kanker, kunnen artsen kleine optische sondes (nanosondes) gebruiken die oplichten wanneer ze zich hechten aan tumoren. Met deze nanosondes kunnen artsen de locatie, vorm en grootte van kankers in het lichaam detecteren.

De meeste nanosondes zijn fluorescerend; ze absorberen licht van een specifieke kleur, zoals blauw, en zenden vervolgens licht uit met een andere kleur, zoals groen. Omdat weefsels van het menselijk lichaam echter ook licht kunnen uitstralen, kan het moeilijk zijn om het nanosonde-licht van het achtergrondlicht te onderscheiden en tot een verkeerde interpretatie te leiden.

Nu hebben onderzoekers van Imperial College London nieuwe nanosondes ontwikkeld, bioharmonoforen genaamd en gepatenteerd bij Imperial, die licht uitstralen met een nieuw type gloei-technologie die bekend staat als tweede harmonische generatie (SHG).

Na het testen van de nanosondes in zebravisembryo’s, ontdekten de onderzoekers dat bioharmonoforen, die waren gemodificeerd om op kankercellen te richten, tumoren helderder en voor langere periodes benadrukten dan fluorescerende nanosondes. Hun licht kan gemakkelijk worden opgemerkt en onderscheiden door het weefsel dat over het algemeen licht uitstraalt, en ze hechten ook precies aan tumorcellen en geen gezonde cellen, waardoor ze nauwkeuriger zijn in het detecteren van tumorranden.

Hoofdonderzoeker Dr. Periklis Pantazis van de afdeling Bioengineering van Imperial zei: “Bioharmonoforen zouden een effectievere manier kunnen zijn om tumoren te detecteren dan momenteel beschikbaar is. Ze combineren op unieke wijze eigenschappen die geweldig zouden kunnen zijn voor de diagnose en therapie van kanker in de klinische praktijk en zouden uiteindelijk de patiënt kunnen verbeteren. uitkomsten na verder onderzoek. “

De bevindingen zijn gepubliceerd in ACS Nano​

Bioharmonoforen zijn zowel biocompatibel als biologisch afbreekbaar omdat ze zijn gemaakt van peptiden – dezelfde ingrediënten van eiwitten die in het lichaam worden aangetroffen. Ze worden binnen 48 uur op natuurlijke wijze in het lichaam omgezet en vormen daarom waarschijnlijk geen gezondheidsrisico’s op de lange termijn.

Om precieze tumordetectie te onderzoeken, injecteerden de onderzoekers eerst zebravisembryo’s met kwaadaardige kankercellen, waardoor tumorcellen ongecontroleerd konden prolifereren. Vierentwintig uur later injecteerden ze bioharmonoforen die werden gemodificeerd om zich te richten op p32-peptidemoleculen die specifiek in tumorcellen worden aangetroffen. Vervolgens gebruikten ze beeldvormingstechnieken bij Imperial’s Facility for Imaging by Light Microscopy om te bestuderen hoe goed de gemodificeerde bioharmonoforen de tumoren detecteerden.

Ze ontdekten dat bioharmonoforen een uitstekende detectiegevoeligheid hadden, wat betekent dat ze zich aan specifieke tumorcellen hechten, maar niet aan gezonde. Fluorescentie-geactiveerde nanosondes hebben de neiging om minder specifiek te hechten, wat betekent dat ze gezonde cellen verkeerd kunnen voorstellen als tumorcellen, of vice versa.

Ze ontdekten ook dat bioharmonoforen, in tegenstelling tot fluorescentie, niet ‘bleken’, wat betekent dat ze hun vermogen om licht uit te stralen na verloop van tijd niet verloren. Bovendien verzadigde het door bioharmonoforen uitgezonden licht niet zoals bij fluorescerende nanosondes, wat betekent dat ze helderder werden als ze met meer licht werden belicht. Op deze manier werden tumoren nog duidelijker.

Dr. Pantazis zei: “Het is erg belangrijk dat tumornano-sondes cellen specifiek en duidelijk markeren voor de diagnose van kanker. Onze proof-of-concept-studie suggereert dat de zeer heldere bioharmonoforen krachtige instrumenten kunnen zijn bij het diagnosticeren van kanker en het richten van behandelingen in de komende jaren. “

De productie van bioharmonoforen is goedkoop, reproduceerbaar, schaalbaar en duurt bij kamertemperatuur ongeveer twee dagen. Ze moeten nu worden getest bij zoogdieren om te bepalen hoe goed de bevindingen verder gaan dan de zebravis.

De onderzoekers onderzoeken ook hoe bioharmonoforen kunnen worden gebruikt om chirurgische ingrepen tijdens kankerchirurgie te begeleiden, en hoe ze licht op verschillende frequenties kunnen genereren om mogelijk tumorcellen met hoge precisie te doden.

“Biologisch afbreekbare harmonoforen voor gerichte hoge resolutie in vivo tumorbeeldvorming” door Ali Yasin Sonay, Konstantinos Kalyviotis, Sine Yaganoglu, Aysen Unsal, Martina Konantz, Claire Teulon, Ingo Lieberwirth, Sandro Sieber, Shuai Jiang, Shahed Behzadi, Katharina Landfester, Katharina Landfester , Sylvie Roke, Claudia Lengerke en Periklis Pantazis, gepubliceerd op 25 februari 2021 in ACS Nano​