Små kiselkristaller orsakade inga hälsoproblem hos apor tre månader efter att stora doser injicerades, markerar ett steg framåt i strävan att föra in sådant material till kliniker som biomedicinska avbildningsmedel, enligt en ny studie.

Resultaten, publicerades online den 10 juli i tidskriften ACS Nano , föreslår att kisel nanokristaller, känd som kvantprickar, kan vara ett säkert verktyg för diagnostisk bildbehandling hos människor. Nanokristallerna absorberar och avger ljus i den nära infraröda delen av spektrumet, en kvalitet som gör dem idealiska för att se djupare in i vävnaden än traditionella fluorescensbaserade tekniker.

"Kvantprickar, eller nanokristaller, är väldigt, mycket lovande för biomedicinska avbildningstillämpningar, men alla är oroliga för toxiciteten och vad som kommer att hända med dem om de försämras, " sa medförfattaren Folarin Erogbogbo, en forskningsassistent professor vid universitetet i Buffalo som sedan dess har accepterat en ny tjänst som biträdande professor i biomedicinsk teknik vid San Jose State University. "Nanokristaller av kisel kan vara lösningen på det eftersom de inte innehåller material som kadmium som finns i andra kvantprickar, och anses allmänt vara giftfria."

Studien var ett samarbete mellan UB, Chinese PLA General Hospital i Kina, San Jose State University, Nanyang Technological University i Singapore och Korea University i Sydkorea. Det är en del av en större mängd forskning som många av teammedlemmarna har genomfört för att undersöka effekten av olika nanopartiklar i djurmodeller.

Forskarna testade kiselkvantprickarna i rhesusmakaker och möss, injicera varje djur med 200 milligram av partiklarna per kilogram av djurets vikt.

Blodprover som togs i tre månader efteråt visade inga tecken på toxicitet hos varken möss eller apor, och alla djuren verkade friska under studiens gång. Försökspersonerna åt, drack, vårdad, utforskade och kissade normalt.

Kiselkristallerna gjorde det, dock, samlas och stanna i mössens lever och mjälte, vilket resulterar i biverkningar inklusive inflammation och fläckig död av leverceller.

Intressant, samma sak hände inte med rhesusmakakerna:apornas organ verkade normala, utan skadorna på mössen.

Denna diskrepans väcker frågan om hur användbara toxicitetsstudier på möss kan vara för att bestämma en nanokristalls potentiella effekt på människor, sade medförfattaren Paras Prasad, SUNY framstående professor i kemi, fysik, elektroteknik och medicin vid UB, och verkställande direktör för UB:s Institute for Lasers, Fotonik och biofotonik.

Kvantprickar och andra nanopartiklar – på grund av sin lilla storlek – kan komma åt delar av kroppen där större partiklar helt enkelt inte kan gå. På grund av detta och andra faktorer, skillnaderna i anatomisk skala mellan möss och primater kan ha större betydelse inom nanomedicin än inom andra farmaceutiska områden, sa Prasad.

"Även vid höga doser, vi såg inga negativa biverkningar alls hos apor trots problemen hos möss, ", sa Prasad. "Detta är det första testet av dessa kiselkvantprickar hos primater, och forskningsresultaten markerar ett steg framåt mot potentiella kliniska tillämpningar."

Det faktum att kislet inte bröts ned biologiskt i mössen var mycket överraskande, sa medförfattaren Mark Swihart, en UB-professor i kemisk och biologisk ingenjör och meddirektör för UB:s New York State Center of Excellence in Materials Informatics.

"Rent generellt, människor antar att kiselkvantprickar kommer att brytas ned biologiskt, " sade Swihart. "Vi såg det inte hända, och vi tror att detta kan bero på att vi täckte ytan med organiskt, FDA-godkända molekyler för att förhindra att kvantprickarna bryts ned för snabbt.

"Vi kan ha gjort ett för bra jobb med att skydda dem, " fortsatte Swihart. "Om du verkligen höll din bil vackert vaxad hela tiden, det skulle aldrig rosta. Det är vad vi har gjort med dessa kvantprickar."