Forskare vid Rice University och Baylor College of Medicine (BCM) har skapat en enda nanopartikel som kan spåras i realtid med MRI när den tar emot cancerceller, märker dem med ett fluorescerande färgämne och dödar dem med värme. Allt-i-ett-partikeln är ett av de första exemplen från ett växande område som kallas "theranostics" som utvecklar tekniker som läkare kan använda för att diagnostisera och behandla sjukdomar i en enda procedur.

Forskningen finns tillgänglig online i tidskriften Avancerade funktionella material . Tester hittills involverar laboratoriecellkulturer, men forskarna sa att MRT-spårning kommer att vara särskilt fördelaktigt när de går mot tester på djur och människor.

"Några av de viktigaste frågorna inom nanomedicin idag handlar om biodistribution - var partiklar går in i kroppen och hur de kommer dit, " sade studiens medförfattare Naomi Halas. "Icke-invasiva tester för biodistribution kommer att vara enormt användbara på vägen till FDA-godkännande, och den här tekniken - att lägga till MRT-funktionalitet till partikeln du testar och använder för terapi - är ett mycket lovande sätt att göra detta."

Halas, Rices Stanley C. Moore professor i elektro- och datateknik och professor i kemi och biomedicinsk teknik, är en pionjär inom nanomedicin. Allt-i-ett-partiklarna är baserade på nanoskal - partiklar som hon uppfann på 1990-talet som för närvarande befinner sig i kliniska prövningar för cancerbehandling. Nanoskal skördar laserljus som normalt skulle passera ofarligt genom kroppen och omvandla det till tumördödande värme.

Vid utformningen av den nya partikeln, Halas samarbetade med Amit Joshi, biträdande professor vid BCM:s avdelning för molekylär bildbehandling, att modifiera nanoskal genom att lägga till ett fluorescerande färgämne som lyser när det träffas av nära-infrarött (NIR) ljus. NIR-ljus är osynligt och ofarligt, så NIR-avbildning kan ge läkare ett sätt att diagnostisera sjukdomar utan kirurgi.

När man studerar sätt att fästa färgämnet, Halas doktorand, Rizia Bardhan, fann att färgämnesmolekyler avgav 40-50 gånger mer ljus om en liten lucka lämnades mellan dem och ytan på nanoskalet. Mellanrummet var bara några nanometer brett, men hellre än att slösa bort utrymmet, Bardhan satte in ett lager av järnoxid som skulle kunna detekteras med MRT. Forskarna bifogade också en antikropp som låter partiklarna binda till ytan av bröst- och äggstockscancerceller.

I labbet, teamet spårade de fluorescerande partiklarna och bekräftade att de riktade sig mot cancerceller och förstörde dem med värme. Joshi sa att nästa steg kommer att vara att förstöra hela tumörer i levande djur. Han uppskattar att tester på människor är minst två år bort, men det yttersta målet är ett system där en patient får en injektion som innehåller nanopartiklar med antikroppar som är skräddarsydda för patientens cancer. Med hjälp av NIR-avbildning, MRT eller en kombination av de två, läkare skulle observera partiklarnas framfart genom kroppen, identifiera områden där tumörer finns och döda dem sedan med värme.

"Denna partikel ger fyra alternativ - två för avbildning och två för terapi, " Sa Joshi. "Vi föreställer oss detta som en plattformsteknologi som kommer att ge utövare ett urval av alternativ för riktad behandling."

Så småningom, Joshi sa, han hoppas kunna utveckla specifika versioner av partiklarna som kan attackera cancer i olika stadier, särskilt tidigt stadium av cancer, som är svår att diagnostisera och behandla med nuvarande teknik. Forskarna förväntar sig också att använda olika antikroppsmärkningar för att rikta in sig på specifika former av sjukdomen. Halas sa att teamet har varit noga med att välja komponenter som antingen redan är godkända för medicinsk användning eller som redan är i kliniska prövningar.

"Det som är trevligt är att varje enskild komponent i detta har godkänts eller är på väg mot FDA-godkännande, " sa Halas. "Vi sätter ihop komponenter som alla har bra, bevisade meriter."

Mer information: Nanoskal med riktad simultan förbättring av magnetisk och optisk bildbehandling och fototermisk terapeutisk respons, DOI:10.1002/adfm.200901235

Källa:Rice University (nyheter:webb)