Att spåra kemoterapiläkemedlens väg i realtid och på cellnivå kan revolutionera cancervården och hjälpa läkare att reda ut varför två patienter kan svara olika på samma behandling.
Forskare vid Ohio State University har hittat ett sätt att lysa upp ett vanligt cancerläkemedel så att de kan se var cellgiften tar vägen och hur lång tid det tar att komma dit.
De har tagit fram en organisk teknik för att skapa denna vetenskapliga ledstjärna och har därigenom öppnat upp en ny gräns inom sitt område. Tidigare ansträngningar har begränsats av färgämnen som bleknade snabbt och av giftiga ämnen, speciellt metaller.
En studie publicerad denna vecka i tidskriften Naturens nanoteknik lyfte fram två nya prestationer. Först, forskarna skapade en självlysande molekyl, kallas en peptid och består av två aminosyror. Sedan kopplade de ljuset till cancerläkemedlet så att det avslöjade att cellgifterna kom in i cellerna.
"Det här är väldigt viktigt för personlig medicin. Vi vill verkligen se vad som händer när vi ger cellgifter och detta arbete banar väg för den spännande strävan, " sa Dr Mingjun Zhang, professorn i biomedicinsk teknik som ledde studien.
Biomedicinska ingenjörer strävar efter att hitta tekniker som beter sig naturligt i kroppen och lämnar utan att göra skada. Denna forskning lovar att göra just det eftersom peptiden är en som lätt borde samexistera med mänskliga celler och lämna lika ofarlig som den kom in.
"Du kan kombinera din drog med detta självlysande fordon, " sa Zhang om den lilla fluorescerande partikeln som skapades i hans labb. "Somsatt av naturliga aminosyror, nanopartikeln är i sig biokompatibel. Våra biologiska maskiner kan enkelt ta hand om det."
Detta arbete utfördes i petriskålar i Zhangs labb och arbete med djur pågår för närvarande.
I kroppen eller vävnaden hos ett djur eller en person, forskare skulle titta på den fluorescerande signalen med ett optiskt detektionssystem, han sa.
Zhang och hans kollegor lade ihop sin peptid med ett vanligt kemoterapiläkemedel så att dess ljus doldes tills de två elementen skalade isär när de kom in i cellerna.
Zhang var särskilt glad över att se att den blå peptiden, som kan ses under ultraviolett ljus, bibehöll sin luminescens under långa tidsperioder. Tidigare arbete med att spåra droger som använder organiska färgämnen har hämmats av deras tendens att blekna med tiden.
"Du kan märka den och du kan fästa den på en drog och se var drogen tar vägen och när den släpps, " sa Zhang.
Och det kan vara så att det biomedicinska framsteg kan ge patienter och deras läkare information om hur väl och hur snabbt ett läkemedel fungerar för dem.
"Kanske för vissa människor börjar en drog effekt på några minuter och för någon annan är det timmar och för någon annan får det aldrig effekt, " sa Zhang.
Forskargruppen använde doxorubicin, ett mycket använt kemoterapiläkemedel, för sitt labbarbete, men upptäckten kan gälla olika typer av behandlingar.
Bättre förståelse för det komplexa samspelet mellan celler och läkemedel är avgörande för utvecklingen av behandlingar som är finjusterade för enskilda patienter.
Ohio State-arbetet bygger på forskning som gav en trio forskare 2008 års Nobelpris i kemi. Deras arbete med grönt fluorescerande protein som finns i maneter ledde till upptäckten att forskare kunde belysa cellulär aktivitet som tidigare hade varit höljd i mystik.
