En stiliserad bild av cancer som upptäcker nanopartiklar i kroppen. Upphovsman:Yong Fan
Forskare har utvecklat en ny form av nanopartikel och tillhörande bildteknik som kan upptäcka flera biomarkörer för sjukdomar, inklusive de för bröstcancer, finns i djupvävnad i kroppen.
Rapporteras i vetenskapstidningen Naturnanoteknik , forskningen öppnar en ny väg för minimalt invasiv sjukdomsdiagnos och kommer potentiellt att ha stor användning både för biomedicinsk forskning och för kliniska tillämpningar.
"Användningen av nanopartiklar för bioavbildning av sjukdomar är ett spännande och snabbt rörligt vetenskapsområde, "säger forskarförfattaren Dr Yiqing Lu vid ARC Center of Excellence for Nanoscale BioPhotonics (CNBP), Macquarie University.
"Specialdesignade nanopartiklar kan placeras i biologiska prover eller injiceras på specifika platser i kroppen och sedan" exciteras "av infört ljus som det från en laser eller en optisk fiber, " han säger.
"Sjukdomsbiomarkörer riktade mot dessa nanopartiklar avslöjar sig sedan, genom att avge sina egna specifika våglängdssignaturer som kan identifieras och avbildas. "
En stor begränsning är dock att endast en enda sjukdomsbiomarkör åt gången kan särskiljas och kvantifieras i kroppen med denna typ av detekteringsteknik.
"Detektering av flera biomarkörer (känd som multiplexing) i kroppen har varit en stor utmaning för forskare, "säger Dr Lu.
"Vävnadsmiljön är extremt komplex - full av ljusabsorberande och spridande element som blod, muskler och brosk. Och introducera flera nanopartiklar till en webbplats, arbetar vid flera våglängder för att detektera flera biomarkörer, ger för mycket störning. Det gör det extremt svårt att exakt avgöra om det finns en rad olika sjukdomsbiomarkörer. "
Vad Dr. Lu och forskargruppen har gjort för att lösa detta problem har varit att konstruera innovativa nanopartiklar som avger ljus med samma frekvens (nära infrarött ljus) men som kan kodas för att avge ljus under bestämda tidsperioder (i mikrosekund till millisekund tidsintervall).
"Det är varaktigheten av ljusutsläpp och biomarkörsreaktion på denna tidsbestämda mängd ljus (känd som luminescens livslängd) som ger en tydligt identifierbar molekylär signatur, " han säger.
"Biomarkörer för flera sjukdomar kan tydligt identifieras och avbildas baserat på detta tillvägagångssätt eftersom det inte finns några överlappande våglängder som stör läsningen."
"Detta möjliggör högkontrast optisk biomedicinsk avbildning som kan upptäcka flera sjukdomsbiomarkörer samtidigt." säger Dr Lu.
I ett spännande genombrott inom laboratorietester, de innovativa nanopartiklarna har kunnat upptäcka flera former av bröstcancertumörer hos möss.
Dr Yiqing Lu Kredit:CNBP
"Vi är oerhört glada över vart detta arbete tar oss, "säger professor Fan Zhang vid Fudan University (Kina) och gemensam författare till forskningspublikationen.
"Vi kunde framgångsrikt upptäcka och identifiera viktiga biomarkörer för ett antal olika undertyper av bröstcancer."
"Denna teknik har potential att ge en låginvasiv metod för att avgöra om bröstcancer är närvarande, liksom formen av bröstcancer, utan att behöva ta vävnadsprover via biopsi. "
"I slutändan kommer våra nya nanopartiklar att möjliggöra kvantitativ bedömning för ett brett spektrum av sjukdoms- och cancerbiomarkörer, allt på en gång. Tekniken kommer att kunna användas för sjukdomsundersökning i ett tidigt skede och eventuellt användas i integrerad terapi, "säger professor Fan Zhang.
Professor Jim Piper, CNBP -nodledare vid Macquarie University och även en författare på tidningen är på samma sätt optimistisk med de resultat som har uppnåtts.
"Detta är ett stort framsteg i ett långsiktigt arbete vid vårt center vid Macquarie University för att utveckla innovativa tekniker för samtidig upptäckt av flera sjukdomsmarkörer hos människor och djur, " han säger.
"Nästa steg i vårt forskningssamarbete är att ytterligare förfina nanopartiklarna, att undersöka frågor relaterade till en klinisk utrullning av tekniken och att utforska ytterligare applikationer och sjukdomsområden där denna teknik bäst skulle kunna utnyttjas. "
Rapporteras i tidningen Naturnanoteknik , det internationella team av forskare som är involverade i studien är baserade vid ARC Center of Excellence for Nanoscale BioPhotonics (CNBP), Macquarie University och Fudan University, Kina.
I synnerhet, arbetet är en förlängning av tidigare forskning om nanopartiklar som utförts av Dr. Lu vid Macquarie University som har fått patent i USA och Kina, och som redan har licensierats med kommersiella partners.
