(PhysOrg.com) -- Det säkraste botemedlet mot cancer är att ta bort varenda bit av en tumör genom operation. Tyvärr, för de flesta cancerformer är det också det svåraste tillvägagångssättet på grund av två problem:det är i dag nästan omöjligt att upptäcka varenda tumör i kroppen och det är ofta svårt att avgöra var en tumör slutar och frisk vävnad börjar. En lösning på båda dessa problem kan finnas till hands i form av en nanopartikel med dubbla ändamål som penetrerar tumörceller och lyser upp dem med antingen fluorescensavbildning eller magnetisk resonanstomografi (MRT).
Ett team av utredare ledda av Roger Tsien, Ph.D., en medlem av National Cancer Institute-finansierade Center of Nanotechnology for Treatment, Förståelse, och övervakning av cancer vid University of California, San Diego, utvecklat en nanopartikel med dubbla ändamål som bara kommer in i celler belagda med två proteiner som tumörceller använder för att invadera frisk vävnad. När nanopartiklarna ackumuleras i tumörceller, de blir lätt synliga med antingen MRT eller ett standardfluorescensmikroskop. Forskarna rapporterar att de kan upptäcka tumörer så små som 200 mikrometer i diameter, och att de sedan kan ta bort även mikroskopiska spår av malign vävnad genom att spåra den fluorescerande signal som nanopartiklarna avger. Dr. Tsien och hans kollegor rapporterar sitt arbete i rygg-till-rygg-tidningar som visas i Förfaranden från National Academy of Sciences .
Utredarna byggde sin sond med en sfärisk polymer nanopartikel känd som en dendrimer. Dendrimerer har många kemiska bindningar tillgängliga på deras yta, vilket gjorde det möjligt för Dr. Tsiens team att fästa tre olika enheter till varje nanopartikel:en aktiverbar cellpenetrerande peptid (ACPP); tre molekyler av det ljust fluorescerande färgämnet känd som Cy5; och 15-30 molekyler av gadoliniumkelat, ett potent MRI-kontrastmedel, till varje nanopartikel.
ACPPs är korta, positivt laddade peptider kopplade av en klyvbar molekyl till en andra negativt laddad peptid. Positivt laddade peptider är välkända för sin förmåga att penetrera celler, men i det inaktiverade tillståndet blockerar den kopplade negativt laddade peptiden cellpenetration. Klyvning av länken tar bort den negativt laddade peptiden, tillåta den återstående positivt laddade peptiden - och eventuell vidhäftad last - att komma in i celler. I detta fall, länken klyvs endast av ett av två proteiner - matrismetalloprotein-2 eller matrismetalloprotein-9 - som finns närvarande i stort antal på tumörcellernas ytor. Som ett resultat av denna specificitet, nanopartiklar fästa till denna ACPP kommer endast in i tumörceller. Nanopartiklar fästa till en liknande peptid, men en som inte kan klyvas, kom inte in i tumörceller och försvann snabbt från kroppen.
När det injiceras i djur som bär mänskliga tumörer, nanopartiklarna ackumulerades i tumörer under 48 timmar och var lätt synliga med MRT från hela kroppen. När utredarna genomförde detta experiment, de märkte ljusa kanter som omgav även små tumörer. Vid närmare undersökning med fluorescensmikroskopi, forskarna kunde tydligt avgränsa de taggiga kanterna på tumörer.
Använd de ljusa fluorescerande kanterna som en guide, utredarna kunde sedan uppnå mer fullständigt tumöravlägsnande än vad som var möjligt utan nanopartikelvägledning. Tumörbärande möss som fick nanopartiklarna före operationen hade bättre långsiktig tumörfri överlevnad och total överlevnad än djur vars tumörer togs bort med traditionell belysning med starkt ljus. Utredarna dokumenterades med hjälp av uppföljande MRI att de hade tagit bort alla tumörer under operationen.
Detta arbete beskrivs i två artiklar. Den första heter, "Aktiverbara cellpenetrerande peptider kopplade till nanopartiklar som dubbla prober för in vivo fluorescens och MR-avbildning av proteaser, "och den andra titeln, "Kirurgi med molekylär fluorescensavbildning med aktiverbara cellpenetrerande peptider minskar kvarvarande cancer och förbättrar överlevnaden."
