Stanford-kemister har utvecklat en ny djupvävsavbildningsteknik som kan se under huden på levande försökspersoner för att belysa nedgrävda tumörer med oöverträffad klarhet.

I en ny studie publicerad i 30 september-numret av tidskriften Naturens bioteknik , forskarna visar hur deras teknik kan användas för att förutsäga cancerpatienters svar på immunterapi och för att spåra deras framsteg efter behandlingen.

"Vi kallar detta infraröda syn för icke-invasiv kikar in i biologiska vävnader, " sa studieledaren Hongjie Dai, J.G. Jackson och C.J. Wood professor i kemi vid Stanfords School of Humanities and Sciences.

Tekniken bygger på nanopartiklar som innehåller grundämnet erbium, som tillhör en klass av så kallade sällsynta jordartsmetaller som uppskattas av kemister för sin unika förmåga att lysa i infrarött.

Teamet täckte nanopartiklarna i en kemiskt konstruerad beläggning som hjälper partiklarna att lösas upp i blodomloppet och även gör dem mindre giftiga och lämnar kroppen snabbare. Dessutom, beläggningen ger förankringspunkter för molekyler som fungerar som styrda missiler för att lokalisera och fästa vid specifika proteiner på celler.

Rensa dimman

Under en lågeffekts LED-lampa, erbiumpartiklarna solar riktade vävnader eller till och med enskilda celler i ett starkt infrarött sken som kan ses djupare och med finare upplösning än konventionella bildtekniker, säger forskarna. "Det är som att se när du kör på en motorväg före och efter att dimman avdunstat en vinterdag, " sade studiens första författare Yeteng Zhong, en postdoktor i Dais labb. "Det kombinerade bilddjupet, molekylär specificitet och mångfald, och rumslig och tidsmässig upplösning är ouppnåeliga med tidigare tekniker."

I en video som belyser kraften i deras nanosonder, de förgrenade blodkärlen i en hjärna inuti en levande mus limmas i ett krickat ljus och skiftar när varelsen rör på huvudet. "Vårt tillvägagångssätt tillåter att se in i en intakt mushjärna medan konventionella metoder bara ser hårbotten, " sade studiens första författare Zhuoran Ma, en doktorand i Dais labb.

I studien, forskarna visar att deras teknik kan identifiera tumörer hos möss som bär på ett protein som gör dem sårbara för cancerläkemedel som aktiverar kroppens eget immunförsvar. Detta tillvägagångssätt skulle kunna ge ett icke-invasivt sätt att identifiera patienter som skulle svara bra på dessa läkemedel utan att behöva ta ett prov, eller biopsi, av tumören, som de nu behöver göra.

Liknande, erbiumnanopartiklar kan övervaka patienternas svar efter cancerbehandling för att spåra om de svarar på läkemedlen och om deras tumörer har krympt.

Som en demonstration, Dai och hans kollegor kombinerade sina erbiumnanopartiklar med en annan infraröd avbildningsteknik för att samtidigt avbilda två molekylära mål - cancerceller och T-celler - samtidigt. Resultatet är en skiktad, flerfärgad ögonblicksbild som visar T-celler som söker sig in på en tumör från någon annanstans i musens kropp.

Forskarna sa att deras teknik också kan göra det möjligt för kirurger att mer exakt skära ut tumörer och hjälpa biologer och medicinska forskare att studera grundläggande processer i celler.