En ny teknik som utvecklats av University of Toronto Scarborough-forskare kan för första gången få en högupplöst profil av vilka molekyler som finns i en levande organism.

"På ett sätt har vi utvecklat detta molekylära fönster som kan titta in i ett levande system och extrahera en fullständig metabolisk profil, "säger professor Andre Simpson, som ledde forskning om att utveckla den nya tekniken som använder kärnmagnetisk resonans (NMR) teknik.

"Att få en uppfattning om vilka molekyler som finns i ett vävnadsprov är viktigt om du vill veta om det är cancerframkallande, eller om du vill veta om vissa miljöföroreningar skadar celler inuti kroppen. "

Hittills har traditionella NMR-tekniker inte kunnat tillhandahålla högupplösta profiler av levande organismer på grund av magnetiska störningar från själva provet. Analogin Simpson ger är att det är som att vara i en helikopter över en stadion medan man försöker prata med folk på en konsert nedanför. Det är otroligt svårt att kommunicera på grund av brusförvrängningen, men om du ger båda en walkie-talkie, det gör kommunikationen mycket enklare.

Simpson och hans team kunde övervinna problemet med magnetisk distorsion genom att skapa små kommunikationskanaler baserade på något som kallas långdistansdipolinteraktioner mellan molekyler. Med andra ord, medan endast en ögonblicksbild av ett objekt kan ges kan denna nya teknik erbjuda en fullständig kemisk sammansättning av molekyler i objektet.

NMR -tekniken kan generera ett kraftfullt magnetfält, så kraftfull att atomkärnor kan fås att absorbera och släppa ut energin i olika mönster, avslöjar en unik molekylär signatur. Simpsons arbete fokuserar på miljö -NMR men han säger att det finns stor medicinsk potential för denna nya teknik eftersom den också kan användas i medicinska bildtekniker som magnetisk resonanstomografi (MRI).

"Det kan få konsekvenser för diagnos av sjukdomar och en djupare förståelse för hur viktiga biologiska processer fungerar, säger Simpson, att lägga till tekniken är lätt programmerbar och kan översättas till arbete med befintliga moderna MR -system som finns på sjukhus.

Han pekar på specifika molekyler som kallas cancerbiomarkörer som är unika för sjuk vävnad. Det nya tillvägagångssättet har potential att upptäcka dessa signaturer utan att behöva operera och avgöra om en tillväxt är cancerframkallande eller godartad direkt från MRI ensam.

Det har också potential att berätta hur hjärnan fungerar. Nuvarande MR -metoder kan berätta vilken del av hjärnan som "lyser upp" som svar på stimuli som rädsla eller lycka, men de indikerar bara vilken del av hjärnan som är ansvarig. Den nya tekniken kan eventuellt användas för att titta in på dessa platser och avslöja de kemikalier som faktiskt orsakar svaret.

"Det kan markera ett viktigt steg för att avveckla hjärnans biokemi, säger Simpson.

Simpson har arbetat med att förbättra tekniken i mer än tre år med kollegor på Bruker BioSpin, ett vetenskapligt instrumentföretag som specialiserat sig på att utveckla NMR -teknik. Tekniken är baserad på några oväntade vetenskapliga koncept som upptäcktes 1995, som vid den tiden beskrevs som omöjliga och galna av många forskare.

Tekniken utvecklad av Simpson och hans team, inklusive doktorand Ioana Fugariu, bygger på dessa tidiga upptäckter och publiceras i tidskriften Angewandte Chemie . Arbetet stöddes av Mark Krembil från Krembil Foundation och Natural Sciences Engineering Research Council of Canada (NSERC).

Simpson säger att nästa steg för forskningen är att testa det på mänskliga prover. Han tillägger att eftersom tekniken detekterar alla metaboliter lika finns det också potential för icke-målinriktad upptäckt, det är, hitta patologier eller processer som du inte ens letade efter i första hand.

"Eftersom du kan se metaboliter i ett prov som du inte kunde se tidigare, du kan nu identifiera molekyler som kan indikera att det finns ett problem, " han säger.

"Du kan sedan avgöra om du behöver ytterligare test eller operation. Så potentialen för denna teknik är verkligen spännande."