Små diamanter ger forskare nya möjligheter för exakta mätningar av processer inuti levande celler med potential att förbättra läkemedelstillförsel och cancerterapi.
Publicerad i Naturens nanoteknik , forskare från Cardiff University har avslöjat en ny metod för att se nanodiamanter inuti mänskliga levande celler för biomedicinsk forskning.
Nanodiamanter är mycket små partiklar (tusen gånger mindre än människohår) och på grund av sin låga toxicitet kan de användas som bärare för att transportera läkemedel inuti celler. De visar också ett enormt löfte som ett alternativ till de organiska fluoroforer som vanligtvis används av forskare för att visualisera processer inuti celler och vävnader.
En stor begränsning av organiska fluoroforer är att de har en tendens att brytas ned och blekas med tiden under ljusbelysning. Detta gör det svårt att använda dem för exakta mätningar av cellulära processer. Dessutom, blekningen och den kemiska nedbrytningen kan ofta vara toxisk och avsevärt störa eller till och med döda celler.
Det finns en växande konsensus bland forskare om att nanodiamanter är ett av de bästa alternativen för oorganiskt material för användning i biomedicinsk forskning, på grund av deras kompatibilitet med mänskliga celler, och på grund av deras stabila strukturella och kemiska egenskaper.
Tidigare försök från andra forskarlag att visualisera nanodiamanter under kraftfulla ljusmikroskop har stött på hindret att diamantmaterialet i sig är transparent för synligt ljus. Att lokalisera nanodiamanterna under ett mikroskop hade förlitat sig på små defekter i kristallgittret, som fluorescerar under ljusbelysning.
Produktionen av defekterna visade sig både kostsam och svår att realisera på ett kontrollerat sätt. Vidare, fluorescensljuset som emitteras av dessa defekter, och i sin tur bilden hämtad från den mikroskopiska utforskningen av dessa felaktiga nanodiamanter, är ibland också instabil.
I deras senaste tidning, forskare från Cardiff Universitys Schools of Biosciences and Physics visade att icke-fluorescerande nanodiamanter (diamanter utan defekter) kan avbildas optiskt och mycket mer stabilt via interaktionen mellan det upplysande ljuset och de vibrerande kemiska bindningarna i diamantgitterstrukturen vilket resulterar i spritt ljus i en annan färg.
Uppsatsen beskriver hur två laserstrålar som slår vid en specifik frekvens används för att driva kemiska bindningar att vibrera synkront. En av dessa strålar används sedan för att sondera denna vibration och generera ett ljus, kallas koherent anti-Stokes Raman-spridning (CARS).
Genom att fokusera dessa laserstrålar på nanodiamanten, en högupplöst CARS-bild genereras. Med hjälp av ett egenbyggt mikroskop, forskargruppen kunde mäta intensiteten hos CARS-ljuset på en serie enskilda nanodiamanter i olika storlekar.
Nanodiamantens storlek mättes noggrant med hjälp av elektronmikroskopi och andra kvantitativa optiska kontrastmetoder utvecklade inom forskarens labb. På det här sättet, de kunde kvantifiera förhållandet mellan CARS ljusintensitet och nanopartikelstorleken.
Följaktligen, den kalibrerade CARS-signalen gjorde det möjligt för teamet att analysera storleken och antalet nanodiamanter som hade levererats till levande celler, med en noggrannhetsnivå som hittills inte uppnåtts med andra metoder.
Professor Paola Borri från School of Biosciences, som ledde studien, sade:"Denna nya avbildningsmodalitet öppnar spännande utsikter att följa komplexa cellulära traffickingvägar kvantitativt med viktiga tillämpningar inom läkemedelsleverans. Nästa steg för oss kommer att vara att driva tekniken för att upptäcka nanodiamanter av ännu mindre storlekar än vad vi har visat hittills. och att demonstrera en specifik tillämpning i läkemedelsleverans."
