Fotoakustisk avbildning är en banbrytande teknik för att upptäcka tumörer inuti levande celler med hjälp av ljusabsorberande föreningar som kallas kontrastmedel. A*STAR-forskare har nu upptäckt ett sätt att förbättra målinriktningseffekten och optisk aktivitet för bröstcancer-specifika kontrastmedel med hjälp av konjugerade polymer-nanopartiklar.

Att generera fotoakustiska signaler kräver en ultrasnabb laserpuls för att bestråla ett litet område av vävnad. Detta sätter igång en serie molekylära vibrationer som producerar ultraljuds ljudvågor i provet. Genom att 'lyssna' på de tryckskillnader som skapas av de akustiska vågorna, forskare kan rekonstruera och visualisera de inre strukturerna i komplexa objekt som hjärnan och kardiovaskulära system.

För att diagnostisera cancer med fotoakustisk avbildning krävs kontrastmedel som djupt penetrerar vävnad och selektivt binder till maligna celler. Dessutom, de behöver ett högt optiskt svar på nära-infrarött laserljus, ett spektralområde som är särskilt säkert för biologiska material. Traditionella kontrastmedel har baserats på guld- och silver -nanostrukturer, men de komplexa kemiska förfaranden som behövs för att optiskt justera dessa nanokompounds har lämnat forskare på jakt efter alternativ.

Malini Olivo och hennes kollegor från A*STAR Singapore Bioimaging Consortium och A*STAR Institute of Materials Research and Engineering undersökte olika kontrastmedel baserade på konjugerade polymerer. Dessa organiska makromolekyler, som innehåller alternerande dubbel- och enkelkolbindningar, har delokaliserade elektroner i sina ramar som kan producera användbara optiska egenskaper som fotoluminescens. Forskarna identifierade en konjugerad polymer känd som PFTTQ - en förening med flera aromatiska ringar, alkylkedjor, svavel- och kväveatomer-som ett lovande fotoakustiskt medel in vivo på grund av dess biokompatibla struktur och ljusabsorption som toppar i det nära infraröda området.

För att rikta detta kontrastmedel mot cancerceller, laget syntetiserade "prickiga" nanostrukturer med en inre kärna av PFTTQ omgiven av vattenlösliga polyetylenglykolkedjor, avslutas av ett yttre lager av folatmolekyler - ett vitamin som specifikt binder till folatreceptorproteiner som vanligtvis uttrycks av bröstcancertumörer. Experiment med MCF-7-modell bröstcancerceller implanterade i möss avslöjade fördelarna med detta tillvägagångssätt:på bara en timme efter administrering av folat-konjugerade polymerpunkter, starka fotoakustiska signaler framkom från tumörlägena. Folatfunktionen spelade en avgörande roll i denna bioimaging -procedur, fyrdubbla de fotoakustiska signalerna jämfört med omodifierade PFTTQ -punkter.

"Folat -PFTTQ -nanopartiklarna har stor potential för diagnostisk avbildning och andra biomedicinska tillämpningar, "säger Olivo." Vi arbetar med att utöka biblioteket med biokompatibla polymerer för att användas som molekylära fotoakustiska kontrastmedel. "