University at Buffalo forskare och kollegor har utformat en nanopartikel som kan detekteras med sex medicinska bildtekniker. Denna illustration visar partiklarna när de träffas av energistrålar och avger signaler som kan detekteras med de sex metoderna:CT- och PET -skanning, tillsammans med fotoakustisk, fluorescens, upconversion och Cerenkov luminescensavbildning. Upphovsman:Jonathan Lovell
Det är så avancerad teknik att maskinen som kan använda den ännu inte finns.
Med två biokompatibla delar, University at Buffalo forskare och deras kollegor har utformat en nanopartikel som kan detekteras med sex medicinska bildtekniker:
I framtiden, patienter kunde få en enda injektion av nanopartiklarna för att få alla sex typer av avbildning gjord.
Denna typ av "hypermodal" avbildning - om den blev verklighet - skulle ge läkare en mycket tydligare bild av patienters organ och vävnader än en enda metod ensam skulle kunna ge. Det kan hjälpa läkare att diagnostisera sjukdomar och identifiera gränserna för tumörer.
"Denna nanopartikel kan öppna dörren för nya" hypermodala "bildsystem som gör att mycket ny information kan erhållas med bara ett kontrastmedel, "säger forskaren Jonathan Lovell, Doktorsexamen, UB biträdande professor i biomedicinsk teknik. "När sådana system väl utvecklats, en patient kan teoretiskt gå in för en skanning med en maskin istället för flera skanningar med flera maskiner. "
När Lovell och kollegor använde nanopartiklarna för att undersöka lymfkörtlar hos möss, de fann att CT- och PET -skanningar gav den djupaste vävnadspenetrationen, medan den fotoakustiska avbildningen visade detaljer om blodkärl som de två första teknikerna missade.
Denna överföringselektronmikroskopibild visar nanopartiklarna, som består av en kärna som lyser blått när den träffas av nära-infrarött ljus, och en ytterväv av porfyrin-fosfolipider (PoP) som sveper runt kärnan. Upphovsman:Jonathan Lovell
Skillnader som dessa innebär att läkare kan få en mycket tydligare bild av vad som händer inuti kroppen genom att slå samman resultaten av flera metoder.
En maskin som kan utföra alla sex bildtekniker samtidigt har ännu inte uppfunnits, till Lovells kunskap, men han och hans medförfattare hoppas att upptäckter som deras kommer att stimulera utvecklingen av sådan teknik.
Forskningen, Hexamodal Imaging med porfyrin-fosfolipidbelagd uppkonverteringsnanopartiklar, publicerades online den 14 januari i tidningen Avancerade material .
Det leddes av Lovell; Paras Prasad, Doktorsexamen, verkställande direktör för UB:s Institute for Lasers, Fotonik och biofotonik (ILPB); och Guanying Chen, Doktorsexamen, en forskare vid ILPB och Harbin Institute of Technology i Kina. Teamet inkluderade också kompletterande medarbetare från dessa institutioner, liksom University of Wisconsin och POSTECH i Sydkorea.
Forskarna utformade nanopartiklarna från två komponenter:En "uppkonvertering" -kärna som lyser blått när den träffas av nära-infrarött ljus, och en ytterväv av porfyrin-fosfolipider (PoP) som sveper runt kärnan.
Varje del har unika egenskaper som gör den idealisk för vissa typer av bildbehandling.
Kärnan, ursprungligen utformad för uppkonvertering, är gjord av natrium, ytterbium, fluor, yttrium och tulium. Ytterbium är tätt i elektroner - en egenskap som underlättar upptäckt med CT -skanningar.
PoP -omslaget har biofotoniska egenskaper som gör det till en bra match för fluorescens och fotoakustisk fantasi. PoP -lagret är också skickligt på att locka koppar, som används vid PET- och Cerenkov -luminescensavbildning.
"Att kombinera dessa två biokompatibla komponenter till en enda nanopartikel kan ge morgondagens läkare en kraftfull, nytt verktyg för medicinsk bildbehandling, säger Prasad, också en SUNY Distinguished Professor i kemi, fysik, medicin och elteknik vid UB. "Fler studier måste göras för att avgöra om nanopartikeln är säker att använda för sådana ändamål, men den innehåller inte giftiga metaller som kadmium som är kända för att utgöra potentiella risker och finns i vissa andra nanopartiklar. "
"En annan fördel med detta kärna/skal -bildkontrastmedel är att det kan möjliggöra biomedicinsk avbildning i flera skalor, från enmolekyl till cellbildning, såväl som från vaskulär och organisk avbildning till helkroppsbiobildning, "Tillägger Chen." Dessa breda, möjliga möjligheter beror på ett flertal optiska, fotoakustiska och radionuklidbildande förmågor som medlet har. "
Lovell säger att nästa steg i forskningen är att utforska ytterligare användningsområden för tekniken.
Till exempel, det kan vara möjligt att fästa en målmolekyl till PoP -ytan som gör det möjligt för cancerceller att ta upp partiklarna, något som fotoakustisk och fluorescensbildning kan upptäcka på grund av egenskaperna hos den smarta PoP -beläggningen. Detta skulle göra det möjligt för läkare att bättre se var tumörer börjar och slutar, Säger Lovell.
