Nanostora partiklar har konstruerats på ett nytt sätt för att förbättra upptäckten av tumörer i kroppen och i biopsivävnad, ett forskarlag i Sverige rapporterar. Framsteg kan göra det möjligt att identifiera tumörer i ett tidigt stadium med lägre stråldoser.

För att förbättra visuell kontrast av levande vävnader, toppmodern bildbehandling bygger på medel som fluorescerande färgämnen och biomolekyler. Framsteg inom nanopartikelforskning har utökat utbudet av lovande kontrastmedel för mer riktad diagnostik, och nu har en forskargrupp från Kungliga Tekniska Högskolan höjt ribban ytterligare. De kombinerar optiska och röntgenfluorescenskontrastmedel till en enda förstärkare för båda lägena.

Muhammet Toprak, Professor i materialkemi vid KTH, säger syntesen av kontrastmedel introducerar en ny dimension inom området för röntgenbioavbildning. Forskningen rapporterades i tidskriften American Chemical Society, ACS Nano .

"Denna unika design av nanopartiklar banar väg för in vivo tumördiagnostik, med hjälp av röntgenfluorescensdatortomografi (XFCT), säger Toprak.

Han säger att de nya "core-shell nanopartiklarna" kan ha en roll att spela i utvecklingen av theranostics, en portmanteau för terapi och diagnostik, där till exempel enstaka läkemedelsladdade partiklar både kan detektera och behandla maligna vävnader.

Kärn-skal-kontrastmedlet har fått sitt namn från sin arkitektur:det består av en kärnkombination av nanopartiklar med tidigare etablerad potential i röntgenfluorescensavbildning, såsom rutenium och molybden (IV) oxid. Denna kärna är innesluten i ett skal som består av kiseldioxid och Cy5.5, ett nära-infrarött fluorescensemitterande färgämne för optiska avbildningstekniker såsom optisk mikroskopi och spektroskopi.

Toprak säger att inkapsling av Cy5.5-färgämnet i kiseldioxidskalet förbättrar medlets ljusstyrka och utökar dess fotostabilitet – vilket möjliggör den dubbla optiska/röntgenavbildningsmetoden. Dessutom, kiseldioxid ger fördelen att dämpa de toxiska effekterna av kärnnanopartiklarna.

Tester med laboratoriemöss har visat att XFCT-kontrastmedlen möjliggör lokalisering av tidiga tumörer på bara några millimeter stora.

Toprak säger att tekniken öppnar möjligheten att identifiera tidiga tumörer i levande vävnad. Det beror på att närvaron av flera kontrastmedel ökar oddsen för att sjuka områden kommer att dyka upp i skanningar, även när fördelningen av nanopartiklarna blir skymd av deras interaktion med proteiner eller andra biologiska molekyler.

"Nanopartiklar av olika storlek, härrörande från samma material, verkar inte distribueras i blodet i samma koncentrationer, " säger Toprak. "Det beror på att när de kommer i kontakt med din kropp, de lindas snabbt in i olika biologiska molekyler - vilket ger dem en ny identitet."

En mängd kontrastmedel för XFCT skulle göra det möjligt att studera biodistributionen av nanopartiklar in vivo med lågdosröntgen, han säger. Det skulle göra det möjligt att identifiera den bästa storleken och ytkemin hos nanopartiklarna för den önskade inriktningen och avbildningen av den sjuka regionen.