Diamanter anses ibland vara en flickas bästa vän. Nu, detta uttryck är på väg att få en ny mening. Verkligen, diamantpartiklar i nanometrisk skala kan erbjuda ett nytt sätt att upptäcka cancer långt tidigare än man tidigare trott. Detta är just syftet med ett forskningsprojekt som heter Dinamo, finansieras av EU. Specifikt, det syftar till att utveckla en icke-invasiv nanoteknologisk avkänningsplattform för realtidsövervakning av biomolekylära processer i levande cancerceller.
Att göra så, de utvecklade en ny teknik, baserad på användningen av fluorescerande nanodiamantpartiklar (NDP). "Vi visade att den specifika kombinationen av NDP-egenskaper gör dem till ett mycket lämpligt material för konstruktion av sönder som kan känna av biomolekyler som sträcker sig från proteiner till DNA, " säger teamkoordinator Milos Nesladek, som också är huvudforskare vid Institutet för materialforskning, Imec, baserad i Leuven, Belgien, "sådana sonder kan användas för att studera molekylära processer i celler i nanoskala."
Problemet är att tidigare lösningar inte tillät övervakning av processer inom levande celler under någon längre tidsperiod. "Vår huvudutmaning var att ersätta fluorescerande bimolekylära färgämnen som för närvarande används som luminescensmarkörer i cancercellsforskning, " förklarar Nesladek.
NDP har flera fördelar. De är mycket biokompatibla. De kan förbli under långa perioder inuti celler utan att påverka några cellulära mekanismer. Vidare, de kan konstrueras för att erhålla en rad optik, magnetiska egenskaper och ytegenskaper. "Den lilla storleken på NDP:er gör det möjligt för dem att penetrera individuella cellmembran på ett icke-invasivt sätt, som inte orsakar skada på cellen och utan störningar av normala cellulära funktioner, " Nesladek säger till CommNet. "Luminescensen och de magnetiska egenskaperna förändras beroende på NDP:s interaktion med den cellulära miljön, " han lägger till.
Ytegenskaperna hos NDP är sådana att det är möjligt att fästa specifika biomolekyler till dem, såsom primära DNA-molekyler. Levereras exakt till målcellen, dessa biomolekyler kan mäta, övervaka eller ändra biologiska komponenter i cellen. NDP kan därför inte bara bli ett verktyg för att övervaka och upptäcka förändringar före cancer, men också för att rätta till dem. Ytterligare utveckling pågår i efterföljande EU-projekt som DIAMANT.
Vissa experter välkomnar detta tillvägagångssätt. "Utveckling av nya bärare för läkemedelsleverans är avgörande för behandling av många sjukdomar, inklusive cancer, "kommenterar Fedor Jelezko, direktör för Institute of Quantum Optics vid Ulm University i Tyskland. "Det nya tillvägagångssättet i [projektet] är användningen av innovativt material för att transportera droger, " säger han till CommNet. Nanodiamond ger unika möjligheter för design av läkemedelsbärare eftersom de kan avbildas optiskt med fluorescensmikroskopiteknik. "Detta tillåter övervakning av läkemedelsleverans och frisättning av läkemedel i cellerna med oöverträffade detaljer, " tillägger han. Denna övervakning har redan demonstrerats av team från Ecole Normale Supérieure (ENS) i Cachan och Gustave Roussy Cancer Institute i Paris, Frankrike.
Andra experter är mer försiktiga. "Även om det har gjorts många övertygande experiment som visar att nanodiamanter kan bära aktiva läkemedel mot cancer i odlingsceller och till och med i möss, det är mycket osannolikt att det någonsin kommer att användas hos människor, mest för att diamant är så inert att den inte kan brytas ned och därför inte lätt kan elimineras av kroppen", kommenterar François Treussart, fysikprofessor vid ENS.
Dock, han verkar ha en ljus framtid för tekniken. "Långt bortom [projektets] mål, nanodiamants framtid i medicinska tillämpningar är mer som en diagnostisk anordning inom personlig medicin eller som ett övervakningsverktyg, till exempel för att spåra stamcellsinplantation inom regenerativ medicin, som nyligen visades av de biomedicinska tillämpningarna av fluorescerande ND-team vid Institutet för atom- och molekylärvetenskap, på Academia Sinica i Taiwan, " avslutar han.
En NDP-sond, placeras i en målcell, ska kunna upptäcka och vidarebefordra information om processerna som sker i denna cell. "Dinamo-projektet har avslutats, men partnerna samarbetar fortfarande, Nesladek berättar. "Universitetet i Stuttgart i Tyskland utvecklar en NDP-sond. "Dinamo har fokuserat på sammanhanget bröstcancer och kolorektal cancer, men det finns ingen anledning till varför tekniken inte kan tillämpas på ett brett spektrum av andra cancerformer, "säger han till CommNet. Han drar slutsatsen att ett annat framtida mål är att undersöka möjligheten att använda NDP -sonder för att upptäcka cancerstamceller.
