Forskare från School of Biomedical Engineering &Imaging Sciences har publicerat en ny studie som utforskar användningen av positron emission particle tracking (PEPT) i ett levande ämne för första gången.
PEPT-teknik möjliggör 3D-lokalisering och spårning av en enda radioaktiv partikel i stora, täta och/eller optiskt ogenomskinliga system, vilket är svårt att studera med andra metoder. Tekniken används för närvarande för att studera flöden inom komplexa mekaniska system som stora motorer, industriella blandare etc., men har ännu inte översatts för användning i biomedicinska applikationer.
PEPT har tidigare varit ett outforskat område inom biomedicinsk bildbehandling på grund av bristen på metoder för att isolera och radiomärka en enda partikel av tillräckligt liten storlek och med tillräckligt med radioaktivitet för att kunna injiceras och detekteras i ett levande försöksperson.
I denna nya studie publicerad i tidskriften Nature Nanotechnology , huvudförfattaren Dr Juan Pellico och ett multidisciplinärt team ledd av Dr Rafael T. M. de Rosales kunde syntetisera, radiomärka och isolera en enda submikrometer partikel av kiseldioxid med tillräcklig radioaktivitet för att möjliggöra detektion med både standard PET-avbildning och PEPT för första gången .
"Vår ambition är att vidareutveckla dessa fynd och utvecklat förbättrade PEPT-spårämnen som gör det möjligt för oss att till fullo utforska potentialen hos PEPT inom biomedicin för att tillhandahålla helkroppsinformation om blodflödesdynamiken i olika miljöer, med unika applikationer som studier av komplexa flerfasflöde av blod, avgörande i klinisk fysiologi och läkemedelsleverans", säger Dr Rafael T.M. de Rosales, läsare i bildkemi vid School of Biomedical Engineering &Imaging Sciences.
"Andra potentiella tillämpningar inkluderar användning av enstaka partiklar för högprecisions-PEPT-styrd strålbehandling eller kirurgi. Dessutom bör PEPT in vivo med enstaka radiomärkta celler möjliggöra utvärdering av rörelsen och migreringen av enskilda celler, och deras interaktion med blodkärl och vävnader. PEPT låter dig triangulera den enskilda partikelns position inuti kroppen med hög precision och i realtid.
"I nuvarande PET-avbildningsmetoder injicerar vi miljarder eller till och med biljoner radioaktivt märkta molekyler i patienterna och de resulterande bilderna representerar deras genomsnittliga fördelning efter en tidsperiod, vanligtvis 10–30 minuter.
"Detta ger dig inte information om hastigheten för dessa molekyler eller deras exakta placering inuti kroppen i realtid, vilket kan vara användbart för studier av hemodynamik, eller hur blod strömmar genom dina kärl.
"PEPT, genom att spåra enstaka partiklar i realtid, bör möjliggöra studiet av hastigheten, densiteten och den övergripande dynamiken i blodflödet som för närvarande är omöjligt att studera med någon annan avbildningsmodalitet. Studiet av hemodynamik på helkroppsnivå är särskilt lägligt eftersom kliniska PET-skannrar för hela kroppen nu är tillgängliga, varav en snart kommer att installeras här på King's."
In vivo PEPT har potential att ge viktiga genombrott i utvärderingen av onormala händelser vid hjärt-kärlsjukdomar eller cancer där blodflödet har en framträdande inverkan.
Framtida kliniska tillämpningar kan inkludera detaljerad analys av blodflödet och tryckgradienter inom lesioner som tumörer eller vaskulära lesioner, där blodflödet är onormalt, vilket kan användas för att vägleda behandlingsalternativ för patienter.
Mer information: Pellico, J. et al, In vivo realtidsspårning av positronemissionspartiklar (PEPT) och PET för en enda partikel. Nanoteknik i naturen (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01589-8
Journalinformation: Nanoteknik
Tillhandahålls av King's College London
