(Phys.org)-Tidig upptäckt av sjukdomar i mjukvävnad, såsom bröstcancer, kräver vanligtvis invasiva biopsier. Nu, en ny självmonterad nanopartikel utvecklad av Bin Liu vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering och medarbetare kan snart göra biopsier föråldrade. Lagets material förbättrar säkerheten avseende tvåfotonmikroskopi (TPM) avsevärt-en teknik som använder fluorescerande sonder för att generera tredimensionella bilder av cancercellstrukturer i levande vävnad.

Även om TPM ger djup åtkomst till cellvävnad utan betydande fotoskador, att hitta lämpliga ämnen för att fungera som ljusemitterande sonder är utmanande. 'Quantum dots' gjorda av nanoskala-aggregat av element som kadmium och selen är utmärkta cellstrukturbelysare, tack vare deras ljusa och stabila fluorescens. Dock, deras inneboende toxicitet begränsar många möjliga biologiska tillämpningar.

Liu och hennes team vände sig därför till konjugerade organiska molekyler för att producera mindre giftiga färgämnen för TPM. Även om sådana små organiska molekyler normalt inte kan absorbera tillräckliga mängder laserljus för att initiera fluorescensavbildning, teamet löste detta problem genom att syntetisera ett stjärnformat material som kallas en dendrimer. Bestående av en central trifenylamin -kärna och tre 'armar' gjorda av förlängda konjugerade kedjor, denna unika geometri kan framkalla mycket större tvärsnitt som kan absorbera två-fotoner bättre än isolerade fluorescerande färgämnen.

För att säkerställa biokompatibilitet mellan den stjärnformade dendrimeren och cellvävnaden, forskarna var tvungna att använda ett kemiskt trick. Inspirerad av kitosans mångsidiga bindningsbeteende, en naturlig polysackarid, laget använde en mild bromid -tiol -reaktion för att fästa flera sockerringar av glukosamin på dendrimerns armar. Enligt Liu, denna process sänkte färgämnets cytotoxicitet och gjorde det möjligt för dem att funktionalisera det med folsyraligander som riktar sig mot ytorna på en bröstcancercellinje känd som MCF-7.

Teamets experiment visade att det dendritiska färgämnet självmonterades i dispergerade nanopartiklar när det var nedsänkt i vatten-en form som ökar tvärsnittet med två fotonabsorption och ger ett högt utbyte av laserinducerad fluorescens. När de inkuberade dessa nanopartiklar i MCF-7-cellerna, efterföljande TPM -avbildning avslöjade en ljus fluorescens lokaliserad inuti cancercellens cytoplasma (se bild). Dessa data indikerar att specifik bindning sker mellan det dendritiska färgämnet och folatreceptorerna på MCF-7-ytan.

Cellviabiliteter nära 100% vid färgämneskoncentrationer som används för avbildningsstudier bekräftar att denna strategi är ett säkert och lovande sätt att öka användningen av TPM -avbildning. "Vi är angelägna om att utöka den nuvarande in vitro -avbildningen till in vivo -applikationer, "konstaterar Liu.