James Bond tyckte att hans martini var 'skakad, inte rörd', och nu har A*STAR -forskare funnit att skakningar, snarare än att röra, producerar också bättre nanopartiklar för bioimaging - med viktiga konsekvenser för att spionera på cancer.

Fluorescerande sonder som för närvarande används för bioavbildning (t.ex. cadmium selenide quantum dots) fluorescerar tillräckligt starkt för att dyka upp på detektorer men kan vara giftigt och därmed olämpligt för användning i kroppen. Nu, Bin Liu och hennes kollegor från A*STAR Institute of Materials Research and Engineering har framgångsrikt tillverkat nanopartikelsonder som är biokompatibla och som också har hög specificitet och fotostabilitet. Vidare, dessa nya prober har utmärkt prestanda i det långt röda till nära infraröda området i det elektromagnetiska spektrumet, som är av särskilt intresse för canceravbildning.

Lagets metod är elegant i sin enkelhet - det förbättrar probernas optiska egenskaper genom att bara variera storleken och formen på nanopartiklarna. "Detta gör att vi kan kringgå komplicerade molekylära design- och syntesprocesser, "förklarar Liu." Det ger en enkel men effektiv metod för att utveckla mycket långt röda-nära-infraröda fluorescerande sonder. "

Forskarna producerade nanopartiklarna i vatten med två metoder - omrörning och ultraljud (det vill säga 'skakar' vid mycket höga frekvenser). Ultraljud gav nanopartiklar med en genomsnittlig storlek på 4 nanometer, som är betydligt mindre än deras omrörda motsvarigheter. Dessa nanopartiklar var också mycket ljusare, med ett kvantutbyte på 26 procent i vatten - mer än fem gånger ljusare än nanopartiklarna som produceras genom omrörning.

Liu förklarar att ultraljud producerar polymerkedjor som ligger närmare varandra, resulterar i "kompakta strukturer som effektivt kan förhindra invasion av vatten och därmed undertrycka släckning, ger förbättrad fluorescens. "

Forskarna testade sedan beteendet hos nanopartiklarna som produceras genom ultraljudsbehandling i en biologisk miljö för att avgöra om de skulle vara effektiva sonder för ett specifikt biologiskt mål. De valde streptavidin, ett protein som har en hög affinitet för vidhäftningsmolekyl för epitelceller (EpCAM) - en vanlig biomarkör för olika cancerformer. Efter att ha konjugerat streptavidin till nanopartiklarnas ytor, forskarna undersökte nanopartiklarnas effektivitet som en extracellulär sond för EpCAM genom att använda MCF-7 bröstcancerceller som modellcellinje (se bild). Nanopartiklarna uppvisade en utmärkt fotostabilitet och en mycket högre fluorescens än en kommersiellt tillgänglig sond (Cy3-SA).

Liu konstaterar att genom att byta streptavidin med ett annat protein kan samma nanopartiklar användas för att rikta andra biomarkörer. "Detta kommer att leda till en ny generation fluorescerande sonder för bildstyrd terapi, " hon säger.