Nya Imperial-utvecklade nanosonder testade i zebrafisk kan hjälpa till att upptäcka cancer mer exakt och kan hjälpa diagnos och terapi i framtiden. Kredit:Imperial College London
För att lyfta fram tumörer i kroppen för cancerdiagnos, läkare kan använda små optiska prober (nanoprober) som lyser när de fäster vid tumörer. Dessa nanosonder låter läkare upptäcka platsen, form och storlek på cancer i kroppen.
De flesta nanosonder är fluorescerande; de absorberar ljus av en specifik färg, som blått och sedan avge bakgrundsljus i en annan färg, som grönt. Dock, eftersom människokroppens vävnader också kan avge ljus, Att skilja nanosondens ljus från bakgrundsljuset kan vara svårt och kan leda till fel tolkning.
Nu, Forskare vid Imperial College London har utvecklat nya nanosonder, namngivna bioharmonoforer och patenterade hos Imperial, som avger ljus med en ny typ av glödande teknik som kallas andra harmoniska generationen (SHG).
Efter att ha testat nanosonderna i zebrafiskembryon, forskarna fann att bioharmonoforer, som modifierades för att rikta in sig på cancerceller, framhävde tumörer mer ljust och under längre perioder än fluorescerande nanosonder. Deras ljus kan lätt upptäckas och särskiljas av det vävnadsljus som allmänt avges, och de fäster också exakt till tumörceller och inga friska celler, vilket gör dem mer exakta när det gäller att upptäcka tumörkanter.
Ledande forskare Dr. Periklis Pantazis från Imperials avdelning för bioteknik sa:"Bioharmonoforer kan vara ett effektivare sätt att upptäcka tumörer än vad som är tillgängligt för närvarande. De kombinerar unikt egenskaper som kan vara bra för cancerdiagnostik och terapi i klinisk praxis och så småningom kan förbättra patienten. resultat efter ytterligare forskning."
Resultaten publiceras i ACS Nano .
Bioharmonoforer är både biokompatibla och biologiskt nedbrytbara eftersom de är gjorda av peptider - samma ingredienser av proteiner som finns i kroppen. De metaboliseras naturligt i kroppen inom 48 timmar och är därför osannolikt att utgöra långsiktiga hälsorisker.
Bioharmonforer är relativt enkla att montera. Kredit:Imperial College London
För att undersöka exakt tumördetektering, forskarna injicerade först zebrafiskembryon med maligna cancerceller, vilket tillät tumörceller att proliferera okontrollerat. Tjugofyra timmar senare injicerade de bioharmonoforer som modifierades för att rikta p32-peptidmolekyler som specifikt finns i tumörceller. De använde sedan avbildningstekniker vid Imperial's Facility for Imaging by Light Microscopy för att studera hur väl de modifierade bioharmonoforerna upptäckte tumörerna.
De fann att bioharmonoforer hade enastående detektionskänslighet, vilket betyder att de fäster vid specifika tumörceller men inte till friska. Fluorescensaktiverade nanosonder tenderar att fästa mindre specifikt, vilket betyder att de kan förvränga friska celler som tumörceller, eller tvärtom.
De fann också att till skillnad från fluorescens, bioharmonoforer "blekte" inte, vilket innebär att de inte förlorade sin förmåga att avge ljus över tiden. Dessutom, ljuset som sänds ut av bioharmonoforer mättades inte som händer med fluorescerande nanosonder, vilket betyder att de blev ljusare när de belysts med mer ljus. På så sätt blev tumörer ännu tydligare.
Dr. Pantazis sa:"Det är mycket viktigt att tumörnanoprober lyfter fram celler specifikt och tydligt för cancerdiagnos. Vår proof-of-concept-studie tyder på att de mycket ljusa bioharmonoforerna kan vara kraftfulla verktyg för att diagnostisera cancer och rikta in sig på behandlingar under de kommande åren. "
Tillverkningen av bioharmonoforer är billig, reproducerbar, skalbar och tar cirka två dagar i rumstemperatur. De måste nu testas i däggdjur för att identifiera hur väl fynden översätts bortom zebrafisk.
Forskarna undersöker också hur bioharmonoforer kan användas för att styra kirurgiska ingrepp under cancerkirurgi, samt hur de kunde generera ljus vid olika frekvenser för att potentiellt hjälpa till att döda tumörceller med hög precision.
"Bionedbrytbara Harmonoforer för riktad högupplöst in vivo tumöravbildning" av Ali Yasin Sonay, Konstantinos Kalyviotis, Sine Yaganoglu, Aysen Unsal, Martina Konantz, Claire Teulon, Ingo Lieberwirth, Sandro Sieber, Shuai Jiang, Shahed Behzadi, Daniel Crespy, Katharina Landfester, Sylvie Roke, Claudia Lengerke, och Periklis Pantazis, publicerad 25 februari 2021 i ACS Nano .
