Forskare har hittat ett sätt att kontrollera storleken på speciella nanopartiklar för att optimera deras användning för både magnetisk resonans och nära-infraröd avbildning. Deras tillvägagångssätt kan hjälpa kirurger att använda samma nanopartiklar för att visualisera tumörer strax före och sedan under operationen med de två olika avbildningsteknikerna. Deras resultat publicerades i tidskriften Vetenskap och teknik för avancerade material .

"Magnetisk resonanstomografi används rutinmässigt vid preoperativ diagnos, medan kirurger har börjat använda nära-infraröd fluorescensavbildning under kirurgiska ingrepp, " säger nanobioteknolog Kyohei Okubo vid Tokyo University of Science. "Våra nanopartikelsonder kan ge en bimodalitet som kommer att vara kliniskt tilltalande för forskare och läkare inom medicintekniska produkter."

Keramiska nanopartiklar tillverkade med de sällsynta jordartsmetallerna ytterbium (Yb) och erbium (Er) har visat låg toxicitet och förlängd nära-infraröd luminescens, visar lovande som ett kontrastmedel i MRT-skanningar och ett fluorescerande medel för nära-infraröd fluorescensavbildning. Bilder av blodkärl och organ i levande kroppar kan erhållas med de två avbildningsteknikerna genom att ytterligare modifiera nanopartikelytorna med polyetylenglykol (PEG)-baserade polymerer. Men för att förbättra bildupplösningen, forskare måste ha mer kontroll över nanopartikelstorleken under tillverkningsprocessen.

Okubo och hans kollegor använde en steg-för-steg tillverkningsprocess som börjar med att blanda sällsynta jordartsmetalloxider i vatten och trifluorättiksyra. Blandningen upphettas för att bilda en fast substans. Sedan löses det i lösning, oljesyra tillsätts och gas avlägsnas. Så kallade sällsynta jordartsmetalldopade keramiska nanopartiklar bildas när denna lösning kyls.

Ytterligare några steg leder till beläggning av nanopartikelytorna med PEG. Forskarna fann att de kunde bromsa tillväxten av nanopartiklarna genom att öka deras koncentration innan beläggningsprocessen. Detta gjorde det möjligt för dem att bilda nanopartiklar 15 och 45 nanometer i diameter.

Teamet genomförde en serie tester för att undersöka egenskaperna hos deras nanopartiklar. De fann att de kunde användas för att erhålla högkvalitativa bilder av blodkärl i levande möss med hjälp av MRI och nära-infraröd fluorescensbildteknik. Ytterligare tester visade att nanopartiklarna uppvisade minimal toxicitet på musfibroblastceller när de användes i låga koncentrationer. De har också en kort halveringstid, vilket innebär att de skulle avlägsnas relativt snabbt från kroppen, vilket gör dem säkra för klinisk användning.

Teamet syftar sedan till att undersöka hur olika fördelningar av paramagnetiska joner på nanopartiklarna påverkar deras magnetiska egenskaper. De syftar också till att studera om modifieringar gjorda på nanopartiklarna kan göra dem användbara för användning i ljusbaserade "fotodynamiska" terapier för behandling av hudcancer och akne, till exempel.